生長調節(jié)劑和光對鹽地堿蓬愈傷組織甜菜紅素誘導機理的研究.pdf

1、鹽地堿蓬是一種肉質化的真鹽生植物，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發(fā)育完成生活史。有趣的是只有生長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的鹽地堿蓬均為綠色。我們對鹽地堿蓬耐鹽生理和分子機理已做了比較深入的研究，也已經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、徑中有三個酶（酪氨酸酶，多巴雙加氧酶和葡糖基轉移酶）參與了甜菜紅素的合成。但是，對于甜菜素合成途徑和調控機制的研究遠遠落后于對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。遺憾的是，在實驗室條件下，無法誘導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果，有些條件人工很難模擬。這在一定程度上限制了我們對甜菜紅素的研究。由于組織培養(yǎng)具有不受季節(jié)限制，無細菌污染，能更加有效控

3、制各種因素的影響等優(yōu)點，可以方便地對甜菜紅素合成機理進行研究。 我們的初步結果表明，甜菜紅素的含量受環(huán)境因子光，溫度和鹽度等的影響。由于光和植物生長調節(jié)劑是調控植物生長發(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，研究光和植物生長調節(jié)劑對鹽地堿蓬愈傷組織中甜菜紅素積累的影響及可能的機理，從而為研究兩種因子調控甜菜紅素合成的詳細分子機制提供證據，同時也為研究甜菜紅素對鹽生植物抵抗逆境的作用機理及開發(fā)利用甜菜紅素奠

4、定基礎。 主要實驗結果如下： 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調劑在白光下對鹽地堿蓬愈傷組織生長和甜菜紅素含量的影響以及可能的機制。結果表明：培養(yǎng)基中添加生長調節(jié)劑明顯影響愈傷組織的生長和甜菜紅素的積累。當MS培養(yǎng)基中加入0.5 mg L-16—BA與0.2 mg L-12，4—D時，

5、愈傷組織生長最好，相對生長速率為233.21 mg·g—1·d-1。在試驗的生長素中，NAA和IAA對甜菜紅素的積累沒有明顯影響，2，4—D強烈抑制甜菜紅素的積累。細胞分裂素TDZ和6—BA顯著促進甜菜紅素的積累。相同濃度的TDZ比6—BA對甜菜紅素的誘導效果更好。愈傷組織在MS+0.5 mg L-1 TDZ+1.0 mg L-1NAA培養(yǎng)基中進行光下培養(yǎng)時細胞中甜菜紅素的含量最高，達到28.77 nMg-1FW。白光條件下，植物生長調

6、節(jié)劑對多巴雙加氧酶基因的表達和酪氨酸羥化酶和多巴氧化酶活性的影響與對甜菜紅素含量的影響一致，而植物生長調節(jié)劑處理下的酪氨酸酶蛋白表達穩(wěn)定。這說明在鹽地堿蓬愈傷組織中植物生長調節(jié)劑介導的甜菜紅素的代謝可能是通過調控4，5—多巴雙加氧酶基因的表達和酪氨酸酶活性實現(xiàn)的，與酪氨酸酶蛋白水平無關。 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，探討了光對鹽地堿蓬愈傷組織甜菜紅素合成的影響以及可能的機制。結果表

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

8、14.49 nM g-1 FW。不同光質對多巴雙加氧酶基因的表達和酪氨酸羥化酶和多巴氧化酶活性的影響與對甜菜紅素的含量影響結果一致。然而，酪氨酸酶蛋白水平不受光質影響。這說明光對愈傷組織中甜菜紅素積累的影響可能是通過調控甜菜紅素合成過程中的酶如4，5—多巴雙加氧酶基因表達水平和酪氨酸酶活性實現(xiàn)的，與酪氨酸酶蛋白水平無關。 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調劑和白

9、光在調控鹽地堿蓬愈傷組織甜菜紅素積累之間的關系。結果表明：黑暗條件下TDZ濃度梯度對甜菜紅素積累無顯著影響，而白光下TDZ濃度誘導的甜菜紅素積累量有顯著差異，光對生長調節(jié)劑誘導的甜菜紅素積累有明顯的促進效應。不管是在MS基本培養(yǎng)基，還是含有生長調節(jié)劑TDZ和NAA的培養(yǎng)基中，白光光強梯度誘導的甜菜紅素積累量均有顯著差異，并隨光強的增大而提高。這些結果說明光在甜菜紅素積累的調節(jié)過程中起類似于“開關”作用，生長調節(jié)劑的存在在一定程度上增強了

10、光強誘導效應的表達。分析生長調節(jié)劑與白光的相互關系發(fā)現(xiàn)白光和TDZ既不是倍數關系，也不是疊加關系，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轉導途徑。藍光，紅光和白光與黑暗處理相比，1h和10d的細胞分裂素含量均沒有明顯差異，因此我們推測光促進甜菜紅素的積累不是由于光促進內源細胞分裂素的含量實現(xiàn)的。由以上結果我們推測，光和細胞分裂素可能首先通過兩條獨立的信號轉導途徑起作用，然后在細胞分裂素的下游某一位點兩條途徑聚

11、集在一起共同調控甜菜紅素的積累。這一機制可能與兩種因子對花色素調控機理相似，其機制可能為：響應調節(jié)因子（RR4）既接受細胞分裂素受體組氨酸激酶（HKs）傳來的細胞分裂素信號，又接受光信號受體傳來的光信號，并將接收的信號通過多級信號轉導中間體，以一種不確定的機制抑制轉錄因子HY5的降解，從而導致HY5調控的甜菜紅素合成相關酶如酪氨酸酶（tyrosinase），4，5—多巴雙加氧酶（DOPA—4，5—dioxygenase，DODA），和5