生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和光對(duì)鹽地堿蓬愈傷組織甜菜紅素誘導(dǎo)機(jī)理的研究.pdf

1、鹽地堿蓬是一種肉質(zhì)化的真鹽生植物，是鹽土和鹽漬化土壤的指示植物之一，既耐鹽又耐澇，可以在黃河三角洲等潮間帶重鹽堿地正常生長(zhǎng)發(fā)育完成生活史。有趣的是只有生長(zhǎng)在鹽濕低洼地的鹽地堿蓬和萌發(fā)一周左右的幼苗植株為紅色，其他自然生境下生長(zhǎng)的鹽地堿蓬均為綠色。我們對(duì)鹽地堿蓬耐鹽生理和分子機(jī)理已做了比較深入的研究，也已經(jīng)證明紅色鹽地堿蓬中所含的紅色素是甜菜紅素而非花色素。 甜菜素包括甜菜紅素和甜菜黃素，是一類含氮的水溶性化合物。在甜菜紅素合成途

2、徑中有三個(gè)酶（酪氨酸酶，多巴雙加氧酶和葡糖基轉(zhuǎn)移酶）參與了甜菜紅素的合成。但是，對(duì)于甜菜素合成途徑和調(diào)控機(jī)制的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于對(duì)類黃酮類色素的研究。許多研究發(fā)現(xiàn)，甜菜紅素與植物抗逆性有關(guān)。遺憾的是，在實(shí)驗(yàn)室條件下，無(wú)法誘導(dǎo)出和自然界中一樣的鹽地堿蓬紫紅色植株，這可能是由于自然生境中甜菜紅素的積累是受環(huán)境因子綜合作用的結(jié)果，有些條件人工很難模擬。這在一定程度上限制了我們對(duì)甜菜紅素的研究。由于組織培養(yǎng)具有不受季節(jié)限制，無(wú)細(xì)菌污染，能更加有效控

3、制各種因素的影響等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地對(duì)甜菜紅素合成機(jī)理進(jìn)行研究。 我們的初步結(jié)果表明，甜菜紅素的含量受環(huán)境因子光，溫度和鹽度等的影響。由于光和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和代謝的重要環(huán)境因子，因此，本文選用鹽地堿蓬愈傷組織為材料，研究光和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)鹽地堿蓬愈傷組織中甜菜紅素積累的影響及可能的機(jī)理，從而為研究?jī)煞N因子調(diào)控甜菜紅素合成的詳細(xì)分子機(jī)制提供證據(jù)，同時(shí)也為研究甜菜紅素對(duì)鹽生植物抵抗逆境的作用機(jī)理及開(kāi)發(fā)利用甜菜紅素奠

4、定基礎(chǔ)。 主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 以在MS+6—BA0.5 mg L-1+2，4—D0.2 mg L-1（CIM）中暗培養(yǎng)28天的鹽地堿蓬（Suaeda salsaL.）愈傷組織為材料，探討了不同植物生長(zhǎng)調(diào)劑在白光下對(duì)鹽地堿蓬愈傷組織生長(zhǎng)和甜菜紅素含量的影響以及可能的機(jī)制。結(jié)果表明：培養(yǎng)基中添加生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑明顯影響愈傷組織的生長(zhǎng)和甜菜紅素的積累。當(dāng)MS培養(yǎng)基中加入0.5 mg L-16—BA與0.2 mg L-12，4—D時(shí)，

5、愈傷組織生長(zhǎng)最好，相對(duì)生長(zhǎng)速率為233.21 mg·g—1·d-1。在試驗(yàn)的生長(zhǎng)素中，NAA和IAA對(duì)甜菜紅素的積累沒(méi)有明顯影響，2，4—D強(qiáng)烈抑制甜菜紅素的積累。細(xì)胞分裂素TDZ和6—BA顯著促進(jìn)甜菜紅素的積累。相同濃度的TDZ比6—BA對(duì)甜菜紅素的誘導(dǎo)效果更好。愈傷組織在MS+0.5 mg L-1 TDZ+1.0 mg L-1NAA培養(yǎng)基中進(jìn)行光下培養(yǎng)時(shí)細(xì)胞中甜菜紅素的含量最高，達(dá)到28.77 nMg-1FW。白光條件下，植物生長(zhǎng)調(diào)

6、節(jié)劑對(duì)多巴雙加氧酶基因的表達(dá)和酪氨酸羥化酶和多巴氧化酶活性的影響與對(duì)甜菜紅素含量的影響一致，而植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理下的酪氨酸酶蛋白表達(dá)穩(wěn)定。這說(shuō)明在鹽地堿蓬愈傷組織中植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑介導(dǎo)的甜菜紅素的代謝可能是通過(guò)調(diào)控4，5—多巴雙加氧酶基因的表達(dá)和酪氨酸酶活性實(shí)現(xiàn)的，與酪氨酸酶蛋白水平無(wú)關(guān)。 以在CIM培養(yǎng)基中培養(yǎng)28天的鹽地堿蓬（S.salsaL.）愈傷組織為材料，探討了光對(duì)鹽地堿蓬愈傷組織甜菜紅素合成的影響以及可能的機(jī)制。結(jié)果表

7、明：光質(zhì)和光強(qiáng)度顯著影響鹽地堿蓬愈傷組織的生長(zhǎng)和甜菜紅素的積累，而且，甜菜紅素的積累與愈傷組織的生長(zhǎng)相一致。白光對(duì)甜菜紅素的誘導(dǎo)效果最好，紅光和藍(lán)光次之，黑暗最弱。隨著光強(qiáng)度的升高，甜菜紅素含量基本上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。白光，紅光和藍(lán)光光強(qiáng)度分別在60-100μmol m—2s-1，40μmol m—2 s-1和2μmol m—2 s-1時(shí)甜菜紅素含量達(dá)到最高值，且分別為28.77 nM g-1FW，15.70 nM g-1 FW和

8、14.49 nM g-1 FW。不同光質(zhì)對(duì)多巴雙加氧酶基因的表達(dá)和酪氨酸羥化酶和多巴氧化酶活性的影響與對(duì)甜菜紅素的含量影響結(jié)果一致。然而，酪氨酸酶蛋白水平不受光質(zhì)影響。這說(shuō)明光對(duì)愈傷組織中甜菜紅素積累的影響可能是通過(guò)調(diào)控甜菜紅素合成過(guò)程中的酶如4，5—多巴雙加氧酶基因表達(dá)水平和酪氨酸酶活性實(shí)現(xiàn)的，與酪氨酸酶蛋白水平無(wú)關(guān)。 以在CIM中暗培養(yǎng)26天或28天的鹽地堿蓬（S．salsa L.）愈傷組織為材料，探討了不同植物生長(zhǎng)調(diào)劑和白

9、光在調(diào)控鹽地堿蓬愈傷組織甜菜紅素積累之間的關(guān)系。結(jié)果表明：黑暗條件下TDZ濃度梯度對(duì)甜菜紅素積累無(wú)顯著影響，而白光下TDZ濃度誘導(dǎo)的甜菜紅素積累量有顯著差異，光對(duì)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑誘導(dǎo)的甜菜紅素積累有明顯的促進(jìn)效應(yīng)。不管是在MS基本培養(yǎng)基，還是含有生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑TDZ和NAA的培養(yǎng)基中，白光光強(qiáng)梯度誘導(dǎo)的甜菜紅素積累量均有顯著差異，并隨光強(qiáng)的增大而提高。這些結(jié)果說(shuō)明光在甜菜紅素積累的調(diào)節(jié)過(guò)程中起類似于“開(kāi)關(guān)”作用，生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的存在在一定程度上增強(qiáng)了

10、光強(qiáng)誘導(dǎo)效應(yīng)的表達(dá)。分析生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與白光的相互關(guān)系發(fā)現(xiàn)白光和TDZ既不是倍數(shù)關(guān)系，也不是疊加關(guān)系，而是相互作用。白光是合成甜菜紅素必需的，TDZ可能參與了白光的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。藍(lán)光，紅光和白光與黑暗處理相比，1h和10d的細(xì)胞分裂素含量均沒(méi)有明顯差異，因此我們推測(cè)光促進(jìn)甜菜紅素的積累不是由于光促進(jìn)內(nèi)源細(xì)胞分裂素的含量實(shí)現(xiàn)的。由以上結(jié)果我們推測(cè)，光和細(xì)胞分裂素可能首先通過(guò)兩條獨(dú)立的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑起作用，然后在細(xì)胞分裂素的下游某一位點(diǎn)兩條途徑聚

11、集在一起共同調(diào)控甜菜紅素的積累。這一機(jī)制可能與兩種因子對(duì)花色素調(diào)控機(jī)理相似，其機(jī)制可能為：響應(yīng)調(diào)節(jié)因子（RR4）既接受細(xì)胞分裂素受體組氨酸激酶（HKs）傳來(lái)的細(xì)胞分裂素信號(hào)，又接受光信號(hào)受體傳來(lái)的光信號(hào)，并將接收的信號(hào)通過(guò)多級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中間體，以一種不確定的機(jī)制抑制轉(zhuǎn)錄因子HY5的降解，從而導(dǎo)致HY5調(diào)控的甜菜紅素合成相關(guān)酶如酪氨酸酶（tyrosinase），4，5—多巴雙加氧酶（DOPA—4，5—dioxygenase，DODA），和5