苯丙烷代謝及其中間產(chǎn)物阿魏酸對棉纖維發(fā)育影響的研究.pdf

1、棉花是我國的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，棉纖維是日用紡織品的主要原料，在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有重要地位。研究棉纖維生長發(fā)育的調(diào)控機(jī)制，有助于闡明植物細(xì)胞伸長生長和細(xì)胞壁發(fā)生發(fā)育的機(jī)理，為棉纖維品質(zhì)的改良提供理論依據(jù)。植物細(xì)胞壁內(nèi)的苯丙烷類化合物包括通過氧化連接形成木質(zhì)素的單體木質(zhì)素和交聯(lián)于細(xì)胞壁上的低分子的羥基肉桂酸，可影響細(xì)胞壁的生長、強(qiáng)度和形態(tài)建成。最新研究表明苯丙烷代謝途徑及其產(chǎn)物存在于發(fā)育的棉纖維中，是棉花纖維發(fā)育中僅次于纖維素代謝的第

2、二大代謝途徑，可能對棉纖維的發(fā)育產(chǎn)生重要影響。
　　 試驗首先利用RT-PCR技術(shù)研究了苯丙烷代謝途徑關(guān)鍵酶基因在棉花不同組織和不同發(fā)育時期纖維中的相對表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)這些基因的表達(dá)具有明顯的組織特異性和纖維發(fā)育時期特異性。C4H、COMT和CCoAOMT基因根、莖中都有較高的表達(dá)水平，而隨著纖維次生壁的加厚開始，包括PAL、4CL、C4H、COMT、CCoAOMT、CCR、CAD的大部分苯丙烷代謝途徑基因呈現(xiàn)出逐漸升高的表達(dá)趨勢

3、，說明苯丙烷類化合物代謝在根、莖等微管組織以及次生壁加厚初期的棉纖維細(xì)胞中比較活躍。為了驗證該途徑相關(guān)基因的功能，試驗構(gòu)建了CAD6基因的瞬時表達(dá)載體，并在培養(yǎng)纖維中研究了其隨纖維發(fā)育的表達(dá)情況，在15 d和20 d檢測到GUS活性，與纖維中CAD6基因的在這段時期內(nèi)的高表達(dá)量一致。
　　 為了更好的探索苯丙烷類化合物對棉纖維發(fā)育的影響，本研究利用苯丙烷代謝中間產(chǎn)物阿魏酸（FA）分別進(jìn)行了飼喂受精胚珠和未受精胚珠離體培養(yǎng)纖維的試

4、驗，結(jié)合圖像數(shù)字化處理技術(shù)，對不同時期培養(yǎng)纖維的生長狀態(tài)進(jìn)行了對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)較高濃度的FA（100 μmol/L）一定程度上抑制了培養(yǎng)纖維的正常生長，而低濃度的FA（25 μmol/L和50 μmol/L）未對培養(yǎng)纖維的發(fā)育產(chǎn)生抑制影響，反而對纖維伸長有一定的促進(jìn)作用，說明FA濃度對培養(yǎng)纖維的伸長生長具有促進(jìn)和抑制的雙重性，且拐點范圍可能在50 μmol/L-100 μmol/L之間。在此基礎(chǔ)上，利用透射電鏡觀察了培養(yǎng)25 d的棉纖

5、維細(xì)胞橫截面，結(jié)果顯示外源FA對棉纖維細(xì)胞壁的增厚有顯著的影響，在FA濃度為50 μmol/L時，這種增厚十分明顯（P<0.01），未受精胚珠的纖維細(xì)胞壁比對照增厚了62%，受精胚珠纖維細(xì)胞壁比對照增厚了35%。為了進(jìn)一步解釋外源FA對培養(yǎng)纖維造成影響的原因，試驗最后利用乙酰溴法對受精胚珠培養(yǎng)25 d的棉纖維進(jìn)行生化分析，發(fā)現(xiàn)離體培養(yǎng)的纖維細(xì)胞中苯丙烷類化合物的含量比植株纖維高出近40%，而經(jīng)50 μmol/L FA飼喂的培養(yǎng)纖維中這一