外源植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對小白菜硫代葡萄糖苷的影響及相關合成基因表達研究.pdf

1、硫代葡萄糖苷(β-thioglucoside N-hydroxysulfates)是十字花科植物中一組重要的富含氮硫的陰離子次生代謝物質(zhì)。硫代葡萄糖苷已被證實與十字花科蔬菜的風味及營養(yǎng)成分、植物自我保護機制以及人類的身體健康有著密切的關系。植物中硫代葡萄糖苷的組分和含量主要由基因型決定，但同時受到植株生長環(huán)境條件及各種外源植物生長調(diào)節(jié)劑的影響。近年來，利用基因工程手段和外源物質(zhì)調(diào)控植物體內(nèi)硫代葡萄糖苷組分和含量已成為這方面研究的一個熱點

2、。調(diào)控十字花科蔬菜中硫代葡萄糖苷組分和含量從而提高其對人體的營養(yǎng)和保健作用，或提高植株應對病蟲等外界脅迫的能力，對提高蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)、產(chǎn)量及抗性具有重要的理論和實際意義。
　　 本文以起源于我國的重要十字花科蔬菜小白菜(Brassica rapaL.ssp.chinensisvar.communis)為試驗材料，克隆了小白菜硫代葡萄糖苷合成關鍵基因并分析了其在不同品種及部位的表達水平，同時研究了油菜素內(nèi)酯、多胺、殺蟲劑、除草劑、

3、一氧化氮(NO)、硫化氫(H2S)及二氧化硫(SO2)等新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對小白菜硫代葡萄糖苷組分和含量及合成關鍵基因表達水平的影響，從生理層面和基因表達層面探討了外源植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對小白菜硫代葡萄糖苷的調(diào)控作用。主要結果如下:
　　 (1)研究了葉面噴施油菜素內(nèi)酯和多胺對小白菜地上部硫苷組分和含量的影響。結果表明外源油菜素內(nèi)酯處理增加了小白菜地上部脂肪族硫苷和總硫苷含量，減少了吲哚族硫苷含量，對芳香族硫苷的影響不大。油菜素

4、內(nèi)酯處理還影響了不同組分硫苷的相對含量。油菜素內(nèi)酯對小白菜脂肪族硫苷含量的提高可能是通過提高植株光合作用促進了植株生長和氨基酸、葡萄糖等硫苷合成底物的積累所致。而油菜素內(nèi)酯減少吲哚族硫苷積累的機制可能和油菜素內(nèi)酯影響生長素運輸及植株防御系統(tǒng)有關。外源多胺影響了小白菜地上部硫苷含量，其中0.1 mM精胺(spm)和1.0mM亞精胺(spd)葉面噴施處理都增加了小白菜地上部脂肪族、芳香族和總硫苷含量。多胺提高小白菜中脂肪族硫苷含量可能和外源

5、多胺影響了植物內(nèi)源多胺和乙烯合成有關。外源油菜素內(nèi)酯和多胺處理對小白菜地上部硫苷含量的影響都存在短期效應。
　　 (2)研究了4種不同種類殺蟲劑和5種不同種類除草劑對小白菜地上部硫苷組分和含量的影響。結果表明4種殺蟲劑處理均大量增加了小白菜地上部脂肪族、吲哚族、芳香族和總硫苷含量。4種殺蟲劑對小白菜地上部硫苷含量影響基本一致。殺蟲劑處理后小白菜硫苷含量的增加可能是由于殺蟲劑對小白菜植株造成了脅迫，從而誘導了硫苷-黑芥子酶系統(tǒng)啟動

6、，合成更多抗性物質(zhì)來應對殺蟲劑脅迫。5種除草劑處理均顯著減少了小白菜地上部脂肪族硫苷含量，這可能與其抑制了脂肪族氨基酸合成有關。精禾草克處理雖然減少了脂肪族硫苷含量，但增加了吲哚族硫苷和芳香族硫苷含量，從而導致總硫苷含量的增加。除草劑處理對小白菜硫苷含量的影響存在短期效應。
　　 (3)研究了葉面噴施外源供體形式的NO和H2S及SO2處理對小白菜硫苷組分和含量的影響。結果表明適當濃度的NO處理可以短期（5天）提高小白菜地上部硫苷

7、含量，但對小白菜地上部硫苷的長期（10天）積累有負面作用。這可能是因為NO啟動了植株體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)、防御基因表達等抗脅迫進程，從而導致硫苷等防御物質(zhì)的短期積累。同時，NO處理也影響了小白菜根中的硫苷組分和含量。不同濃度和處理的NO對小白菜地上部和根中硫苷組分及含量的影響不同。H2S和Na2SO4對照處理均促進了小白菜地上部各族硫苷和總硫苷含量的積累，其中H2S存在著濃度效應，而Na2SO4處理不同濃度間沒有差異。這表明葉面噴施NaHS

8、形式的H2S和Na2SO4均能被小白菜快速吸收并轉(zhuǎn)化成內(nèi)源含硫代謝物。葉面噴施1.0 mM和10 mMNaHSO3兩個濃度的SO2不僅不能作為小白菜生長所需的硫的供體，反而對其生長有毒害作用，減少了其硫苷積累。SO2處理短時間內(nèi)（5天）對小白菜地上部硫苷含量影響不大，但具有長期影響。NO和H2S處理對小白菜硫苷含量的影響隨著時間延長而減弱或消失。
　　 (4)運用同源克隆技術從小白菜中克隆到兩條控制脂肪族硫苷合成的基因BcCYP

9、83A1-1和BcCYP83A1-2，以及一條控制吲哚族和芳香族硫苷合成的基因BcCYP83B1，其編碼區(qū)和編碼氨基酸序列與擬南芥和大白菜同源基因具有高度的保守性，為通過基因工程改變硫苷組分和含量打下基礎。
　　 (5)運用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)技術分析了小白菜硫苷合成關鍵基因（BcCYP83A1-1、BcCYP83A1-2和BcCYP83B1）在不同品種小白菜和小白菜不同部位的表達水平，以及外源多胺、殺蟲劑和除草

10、劑處理對其表達水平的影響。結果表明，BcCYP83A1主要在葉片和葉柄中表達，葉片和葉柄中BcCYP83A1表達量高于BcCYP83B1表達量;BcCYP83B1主要在根中表達，根中BcCYP83B1表達量高于BcCYP83A1表達量。小白菜硫苷合成關鍵基因在7個品種小白菜和小白菜3個部位中的表達水平與其相應的硫苷組分及含量一致。多胺、殺蟲劑和除草劑等外源植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)均誘導了小白菜葉片中硫苷合成基因的表達，且其表達水平和相應的硫苷組