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甲醇影响矮牵牛生长的机理研究

唐丽娟  
【摘要】:外源性施用CH3OH能够促进多种植物的生长,这在观赏植物中也得到了验证,研究结果表明喷施甲醇不仅可以促进观赏植物的生长,还可以改变观赏植物的花期并增加其开花的数量。本研究以模式观赏植物矮牵牛作为实验材料,在生理水平和转录水平上阐述甲醇的应用刺激矮牵牛生长的机理,取得的主要结果如下 采用叶片喷洒的方式,向盆栽矮牵牛施用不同浓度的甲醇溶液,初步探索不同浓度甲醇对矮牵牛生长表型影响,结果表明:甲醇促进其生长,主要表现为生物量的增加。为了排除微生物的干扰,使试验结果容易重复,在MS固体培养基条件下添加不同浓度的CH3OH,观察其对矮牵牛生长和生理生化特性的影响,结果显示添加2mM,6mMCH3OH对矮牵牛的生长均有刺激作用,但刺激作用随着CH3OH浓度的升高而减弱,可能与高浓度(6mM)CH3OH引起矮牵牛膜脂过氧化水平升高有关。 对13CH3OH的代谢机理分析结果显示,用13CH3OH处理矮牵牛后,游离13CH3OH可以在其体内积累。经过浓缩抽提的样品中可观察到13CH3OH被氧化为H13CHO和H13COOH。固体培养条件下2mM甲醇刺激矮牵牛生长的效果最好,但2mM13CH3OH的13C代谢流并未以碳源形式流入CO2同化途径,而是进入C1代谢合成[3-13C]Ser。来自6mM13CH3OH的13C标记则有一部分进入C1代谢,另外一部分流入卡尔文循环和光呼吸途径产生[U-13C]Gluc、[U-13C]Fruc [U-13C]Gln、[2-13C]Ser和[3-13C]Ser。这是高浓度与低浓度13CH3OH代谢机理的显著差异。但6mM甲醇对矮牵牛生长的刺激作用不如2mM强。这些结果证明甲醇代谢作用与其刺激矮牵牛的生长没有关联性。HCHO、HCOOH和Gly都是矮牵牛CH3OH代谢的下游产物,本研究的试验结果说明这些化合物不仅自身对植物具有强烈的毒性,它们的存在也严重抑制CH3OH对矮牵牛生长的促进作用,但它们对13CH3OH代谢作用的影响却很小,这些结果进一步说明CH3OH代谢作用与其刺激矮牵牛生长的效果没有关联性,由此推测吸收到矮牵牛体内的游离甲醇可能以某种信号分子的形式参与植物生长过程的调控。通过分析CH3OH对NaH13CO3代谢谱的影响证实,CH3OH的存在能够推动NaH13CO3同化生成糖类物质的进程,而HCHO和HCOOH的存在则抑制这个过程。 为了在转录水平上研究甲醇刺激矮牵牛生长的机理,构建了2mM甲醇处理矮牵牛叶片的正向抑制差减(SSH)cDNA文库,共鉴定出141个已知功能的甲醇应答基因。基因功能聚类分析结果表明蛋白质合成(20%)、代谢(12.5%)和光合作用(8%)相关基因占的比例最大。通过RT-PCR对文库基因表达谱进行分析。结果显示,2mM CH3OH可显著诱导光合作用相关基因,蛋白合成相关基因,信号转导相关基因等基因的表达。蛋白合成和光合作用相关基因的上调表达说明添加甲醇促进矮牵牛的光合作用和蛋白合成,这可能是甲醇喷施促进矮牵牛生长的主要分子机理,SSH cDNA文库提供的信息为阐明甲醇刺激矮牵牛生长的分子机制提供了重要线索。


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