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声波刺激对菊花愈伤组织内源激素IAA和ABA动态变化的实验研究

邵继平  
【摘要】: 植物生长在自然界中,必然会受到各种外界环境包括机械应力的刺激,因此生长和环境的关系一直是生物学家和物理学家所关心的课题。 历来的研究都表明应力刺激对植物的生长、发育以及各种生理活动都有明显的影响[1]。本实验室前期的研究工作也证明了声波刺激对植物的生长发育有重要影响。我们发现适度频率和强度的声波刺激对促进菊花愈伤组织生长、生理生化活性的增强和细胞分裂有着重要的影响[2],声波刺激使质膜变得疏松、膜表面电荷密度降低、质膜疏水性降低。膜脂的堆积程度明显降低,这可能是膜脂流动性增加膜脂代谢的重要原因之一[3]。此外,声波刺激使K+通道的开放频率增加,表明声波刺激对K+通道的开放具有激活作用,从而导致膜超极化,超极化作用又影响细胞膜电位的改变[2]。总而言之,植物细胞响应声波刺激,并把这种机械信号转变为生物信号,从而引起细胞内一系列的反应。这为揭示植物细胞如何感应机械刺激的机制提供了有意义的探索。 本文在前人的研究基础上,以非洲雏菊成熟愈伤组织为实验材料,通过一定强度和频率声波的刺激,进一步探讨了菊花成熟愈伤组织在声波刺激下内源激素含量的动态变化,并在细胞水平上揭示了应力和植物生长的关系,为应力在生产上的实际应用提供理论依据。 本文研究内容主要分为以下四部分: 1. 均匀设计法优化声波刺激 应用数理统计方法中的均匀设计法进行一个三因素,十二水平(U12(123))的试验。三因素分别为A(声波频率,KHz)、B(声波强度,Kdb)、C(作用时间,day);十二水平分别A1 =1.1,A2 =1.2,A3 =1.3,A4=1.4,A5=1.5,A 6 =1.6,A7=1.7,A8 =1.8,A9=1.9,A10=2.0,A11 =2.1,A12=2.2;B1 =0.091,B2 =0.092,B3=0.093,B4=0.094,B5=0.095,B6 =0.096,B7=0.097,B8=0.098,B9=0.099,B10=0.1,B11 =0.101,B12=0.102;C1 =3,C2 =6,C3 =9,C4 =12,C5 =15,C6 =18,C7 =21,C8 =24,C9=27,C10=30,C11=33和C12=36。按U12(123)均匀设计表的试验安排来进行声波加载实验,并运用逐步回归法分析试验组和对照组菊花愈伤组织的得率,建立回归方程,对声波影响菊花愈伤组织生长的条件进行优化。 2. 菊花成熟愈伤组织内源激素含量的测定 本文运用酶联免疫法测定了声波条件下刺激组和对照组愈伤组织内源激素IAA和ABA含量的变化。结果表明和对照组相比,刺激组有更高的IAA水平和更低的 WP=4 ABA水平,很明显愈伤组织的内源IAA和ABA响应了声波刺激。在实验前期,刺激组愈伤组织内的IAA含量高,促进了愈伤组织的分化;在实验中期,IAA含量逐渐升高,而ABA含量开始出现下降的趋势,高比例的IAA/ABA有利于成熟愈伤组织的生长和出芽;在实验后期,IAA含量降低,而ABA则又开始升高,因为此时愈伤组织到了分化后期,愈伤组织逐渐衰老。 3. 菊花成熟愈伤组织生理生化指标的测定 在前期研究的基础上,进一步研究了菊花成熟愈伤组织再分化时期声波刺激组和对照组愈伤组织生理生化性质的改变。在本文的声波加载范围内,选择最适声波刺激组合(1.4KHz,0.095Kdb)对菊花成熟愈伤组织进行处理,通过分析刺激组和对照组愈伤组织鲜重、可溶性蛋白和总糖的含量研究了声波这种物理因子的生物学效应。结果表明,声波刺激使菊花成熟愈伤组织鲜重、可溶性蛋白和总糖的含量增加,这反映了声波作为一种机械应力,促进了愈伤组织体内代谢产物的积累,对成熟愈伤组织的生长和分化提供了营养,为成熟愈伤组织的分化出芽准备了条件。 4. 菊花成熟愈伤组织抗氧化酶活性的测定 本实验对声波条件下菊花成熟愈伤组织内抗氧化酶SOD、POD和CAT的活性调控作了初步研究。实验结果表明,在选定的声波刺激下,成熟愈伤组织CAT活性显著升高,POD活性呈上升趋势,SOD活性显著下降,而对照组的抗氧化酶活性的变化和刺激组相比不显著。这些实验结果说明菊花愈伤组织体内的抗氧化酶积极响应声波刺激,酶活性显著改变,有效地改善了机体活性氧代谢水平,增强了机体抵抗氧自由基的伤害,激活了机体的防御系统。


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