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甲醇刺激蚕豆生长的机理研究

戚传娇  
【摘要】:蚕豆是我国广泛种植的仅次于大豆的重要的植物蛋白资源,近年来其种植面积迅速扩大。外源性施用甲醇(CH3OH)能够促进多种植物的生长,这种现象在蚕豆中也得到了应正。但是甲醇(CH3OH)刺激植物生长的作用受到多种外界因素的影响而且其具体机制并未明确,因此对甲醇刺激蚕豆生长的机理研究有利于揭示甲醇刺激植物的生长机制,同时也为甲醇在农业上的广泛应用提供理论依据。本研究在生理水平和转录水平上研究甲醇刺激蚕豆生长的机理,取得的主要结果如下: 用浓度为10%、5%、2%的甲醇及相同体积的水(对照)喷洒盆栽蚕豆叶片3周后,喷施5%甲醇的蚕豆植株在外观、株高、叶片大小、叶片鲜重上都明显高于对照及喷施其他浓度的植株。喷施5%甲醇蚕豆叶片的花青素含量、氧化胁迫相关生理指标(MDA)都呈现出明显的下降趋势,这些说明甲醇能够缓解蚕豆的氧化胁迫,具有抗衰老的作用。此外,喷施5%甲醇蚕豆叶片的总叶绿素、可溶性糖、可溶性总蛋白的含量都呈现出显著升高的趋势,这说明甲醇的施用可能提高蚕豆叶片的光合能力使可溶性糖含量升高。 用13CH3OH喷施蚕豆叶片后,蚕豆叶片吸收的13CH3OH首先被氧化为H13CHO, H13CHO再氧化为H13COOHO部分H13COOH随后氧化为13CO2进入卡尔文循环,产生的主要代谢产物是[U-13C]Gluc,其中部分[U-13C]Gluc被转变成[U-13C]Fruc,还有大部分[U-13C]Gluc随后可以通过糖酵解途径流入TCA循环代谢生成[3-13C]柠檬苏酸、苹果酸,随后用于合成N-转运氨基酸的碳骨架,此外还要部分13CH3OH通过C1代谢合成[3-13C]Ser. 为了在转录水平上探讨甲醇刺激蚕豆生长的机理,构建5%甲醇喷施蚕豆叶片的正向SSHcDNA文库,在蚕豆叶片中鉴定出145个甲醇诱导表达基因,其中有95个为功能已知基因。基因功能聚类分析结果说明光合作用相关基因占的比例最大为45%。RT-PCR对SSH文库数据进行验证的结果表明,与光合作用相关基因核酮糖1,5二磷酸羧化酶、捕光叶绿体蛋白复合体、叶绿素a/b结合蛋白、质体蓝素、铁硫蛋白、叶绿素光系统蛋白等的表达均上调,证实该文库数据的可靠性。同时光合作用相关基因的上调表达也证明了甲醇的施用促进蚕豆叶片的光合作用。这可能是甲醇喷施促进蚕豆生长的主要分子机理。


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