光质对烟草幼苗侧根生长发育的影响

目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 材料准备2
1.2 试验方法 2
1.2.1 根系结构测量2
1.2.2 GUS组织定位实验3
1.2.3 [3H] 标记的IAA 运输试验3
1.2.4 定量反转录聚合酶连锁反应（qRTPCR）分析3
1.2.5 数据分析3
2 结果与分析3
2.1 不同处理烟苗的表型3
2.2 光处理过程中侧根发育的动态变化4
2.3 内源IAA含量及其在根茎结合处和根系中的分布5
2.4 NAA和NPA对侧根形成的影响6
2.5 3H同位素示踪IAA极性运输6
2.6 PIN基因在根茎结合处及根系中的表达量 7
3 讨论7
致谢8
参考文献9
光质对烟草幼苗侧根生长发育的影响
目录
引言
引言
在适应环境变化方面，植物拥有很多适应机制。陆生植物根系不断进化的可塑性是其关键特点。生长的根系不断产生分支，最终形成侧根。侧根从中柱鞘分生细胞中形成，而中柱鞘是中柱最外一层[1]。生长素在诱生侧根发生和侧根生长两个过程中均占主导作用[2]。不同的生长素分布是侧根形成的需要。
不同的内源性和环境信号的整合介导生长素分布的变化，通过改变激素的极性运输，调节侧根的形成[3]。生长素主要在幼嫩的地上部组织中合成[4]，并通过转入载体（AUX1/LAX家族蛋白质）和输出载体（PIN和ABCB/PGP家族蛋白质）对生长素进行再分配[5]。在这些转运蛋白中，PIN家族蛋白质极性定位在原生质膜上，它们的极性决定生长素流动方向[6]。
光是一种重要的环境信号，光可以调节众多植物生长发育过程。许多激素调节植物生长的过程经常受光照调节[7]。现在人们越来越清楚的知道，光通过改变生长素的合成和降解的量来调节生长素在植物体中含量的动态平衡
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和生航速在植物体中的分布[8]。
植物能够适应不同的光环境，包括光照、光强和光质的变化。红色和蓝色两种光谱成分的波长，不仅是最有效的光合作用波长，也显著影响植物的形态形成[9]，例如影响侧根和不定根的生长[10]。在模式植物拟南芥中，光信号由光敏色素和隐花色素捕捉[11]。处于根部的光感受器调节根系生长，除此之外，处于地上部的光感受器捕捉到光信号后，通过信号的长距离传导来调节根系生长[12]。此外，在感光突变体中，由于PIN基因在转录表达水平上的改变，导致生长素从地上部向根部运输过程受到影响，从而影响侧根性能成[13]。因此，在拟南芥中，生长素的极性运输参与到光质调节根系生长的过程中。然而，在文献中，根系生长受光质调控在不同的植物物种和实验条件是矛盾的。举例说明，在促进樱桃外植体不定根伸长和生根效果上，红光比蓝光更有效；然而，在豆类作物中，红光诱生的不定根数量是蓝光的两倍。因此，何种光对植物根系的影响的机制现仍不清楚。
1 材料与方法
1.1 材料准备
烟草是中国重要的经济作物。与其他双子叶植物幼苗有明显主根不同，烟草幼苗根系主要由侧根组成。在工业生产中，如果天气一直阴沉，则会人工补充人造光来促进幼苗生长。在生长素极性运输调节侧根生长发育的过程中，光质到底起到了多大作用现在仍然不清楚。在这项研究中，我们分别在红光、蓝光和白光中培养12天，并检测侧根生长发育状况。通过使用高压液相色谱法，我们发现生长素主要集中在烟草幼苗的根部和叶中。在本次试验中，我们使用了DR5::GUS基因标记的生长素报告基因来确定生长素分布形式，并研究光质通过何种形式影响生长素在植物体中的分布。
本研究使用的烟草品种是K326。种子发芽使用的培养基是泥炭和蛭石按体积比1:1混合成的固体培养基，并放入温室中以自然光照培养，日夜温度控制在28°C/22°C。将生长25天、大小活力一致的幼苗放入液体培养基（培养基盖上有10孔，每孔插入一棵幼苗），培养液使用四分之一浓度的霍格兰营养液。营养液每天更换并保证其pH为6.0。在移入液体培养基后，将幼苗放入三个密室中，每个密室有可以发出红、白、蓝三种光之一的LED灯。在实验开始前，每个培养基用铝箔将四周严实的包好，防止透光。所有处理每天光照16小时，暗培8小时，每个处理有12个重复。设置包括在随机区组设计，以避免边缘效应。烟草植株在12天的时间里分批收割，然后将植物样本速冻并放置在40℃冰箱保存，以确定IAA含量和基因相对表达水平。
通过植物生长媒介向植株施加外源NAA和生长素传导抑制剂NPA，将25天大的幼苗放置在含有NAA或NPA的液体培养基中培养12天。
1.2 试验方法
1.2.1 根系结构测量
虽然烟草是双子叶植物，但主根不发达。我们观察到水培处理后一级侧根和二级侧根发育明显，但主根没有变化。因此选择观测光质对侧根的影响。一级侧根的测量使用直尺，二级侧根平均长度通过有图像分析系统的WinRhizo扫描仪测定。侧根数量通过人工计数获得。二级侧根数与一级侧根长度的商即为二级侧根密度。
在确定鲜样重量之后，将其迅速放入液氮中冷冻。游离的IAA通过高效液层析法测定。测定后比对标线确定浓度。
1.2.2 GUS组织定位实验
DR5和烟草自身GH3启动子有着同样强烈的生长素响应。在观测之前，烟草先用乙醇去除叶绿素。脱色的组织用带有彩色CCD照相机的Olympus SZX2ILLK立体显微镜拍照。
1.2.3 [3H] 标记的IAA 运输试验
在根茎结合处上方2厘米处将茎切断，在断面处施加20 μL[3H]标记的 IAA溶液，并将其暗培18小时。随后挑选十组重复作为样品并称重，随后根部样本放入闪烁液中浸泡18小时以上。[3H]标记的 IAA的放射性测量通过Beckman Coulter LS6500多用途的闪烁计数器测定。

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