蔗糖在瀘定百合試管鱗莖形成及膨大過程中的信號作用初探.pdf

1、瀘定百合（Lilium sargentiae Wilson）擁有極高的園林觀賞價值、經(jīng)濟(jì)價值、食用和藥用價值。然而傳統(tǒng)的分球繁殖方法存在繁殖系數(shù)低、易感染病毒導(dǎo)致百合優(yōu)良品種退化等問題。在百合生產(chǎn)中，利用離體再生技術(shù)能加快百合的繁殖速度，提高繁殖率。然而與自然狀態(tài)下生長的幼苗相比，采用此方法生長的百合組培苗，在形態(tài)、生理等方面均有著較大的差異，移栽后組培苗生長能力更差，不易存活。這些問題的存在已成為我國研究百合鮮切花及種球規(guī)?；a(chǎn)的主

2、要障礙。為解決這個問題，我們可以在試管內(nèi)結(jié)鱗莖并使其膨大，以此達(dá)到壯苗和提高移栽成活率的目的。要達(dá)到該目的，不僅要研究試管鱗莖膨大的技術(shù)，更應(yīng)該解釋清楚膨大的機(jī)制是什么。
　　為此，本實(shí)驗(yàn)以瀘定百合種球的鱗片為外植體誘導(dǎo)形成的無菌叢芽為材料，采用不同濃度的蔗糖(30、60、90、120 g/L)處理，為瀘定百合試管鱗莖形成與膨大尋求最適的蔗糖濃度，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀘定百合種球提供科學(xué)技術(shù)支撐和實(shí)踐指導(dǎo)。并進(jìn)一步通過不同的可溶性糖、滲透勢

3、處理、糖類似物及抑制劑處理，測定鱗莖發(fā)生和膨大的形態(tài)指標(biāo)及其內(nèi)源性糖與相關(guān)酶變化，研究蔗糖在瀘定百合試管鱗莖形成及膨大過程中的特異性信號功能，以此回答其扮演的角色。為此做了以下實(shí)驗(yàn)并得出相應(yīng)研究結(jié)果:
　　1、百合試管鱗莖膨大實(shí)驗(yàn)處理及其方案優(yōu)選結(jié)果
　　在整個蔗糖處理梯度中，鱗莖膨大出現(xiàn)隨著濃度增加逐漸由低到高的單峰曲線，在60 g/L時達(dá)到峰值，之后，隨著蔗糖濃度繼續(xù)提高，鱗莖的膨大效果開始減弱。當(dāng)蔗糖濃度達(dá)到90～12

4、0 g/L時，膨大效果減弱至對照處理的水平。所以本實(shí)驗(yàn)中，誘導(dǎo)百合鱗莖形成及膨大的最佳蔗糖濃度應(yīng)為60 g/L。
　　2、滲透勢在蔗糖處理過程中是否參與鱗莖膨大作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　為了研究外源蔗糖對試管鱗莖的形成及膨大作用是否與高濃度蔗糖所產(chǎn)生的滲透勢有關(guān)，實(shí)驗(yàn)用與60 g/L的蔗糖具有相同滲透勢的甘露醇來處理材料。結(jié)果顯示，在相同滲透勢條件下，甘露醇誘導(dǎo)瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的能力極低，不能使鱗莖新增，這與蔗糖處理的效

5、果相比存在顯著差異。由此可知，滲透勢在糖處理過程中沒有參與鱗莖形成及膨大的作用，排除了滲透勢的干擾。
　　3、不同可溶性糖對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的影響結(jié)果
　　為了進(jìn)一步說明蔗糖對鱗莖形成及膨大作用的高效性和主導(dǎo)性，實(shí)驗(yàn)用與60 g/L的蔗糖(175.3 mmol/L)相同碳分子含量的不同可溶性糖(350.6 mmol/L葡萄糖、350.6 mmol/L果糖;175.3 mmol/L葡萄糖+175.3 mmol/L果糖

6、)來處理材料。結(jié)果表明，在全黑暗條件下，蔗糖對試管鱗莖的形成與膨大的效果最好;果糖+葡萄糖組合處理對鱗莖的形成及膨大的效果次之;而單獨(dú)的葡萄糖、果糖處理對試管鱗莖的形成及膨大的效果則最弱，但這兩者之間的差異不顯著;并與蔗糖處理的效果相比均存在顯著性差異。根據(jù)前人研究認(rèn)為，用相同碳分子含量的葡萄糖和果糖的單獨(dú)及組合處理來模擬蔗糖對其影響，當(dāng)它們模擬效果失敗時，就能認(rèn)為蔗糖作用主要表現(xiàn)為特異性信號作用。由此可初步表明，蔗糖對瀘定百合試管鱗莖

7、形成及膨大的作用具有高效性，且這種高效性不完全是通過能源和碳源來實(shí)現(xiàn)的，而是通過蔗糖特定的信號途徑完成的。
　　4、糖類似物處理對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的影響
　　為了進(jìn)一步驗(yàn)證蔗糖對瀘定百合鱗莖形成及膨大的作用與蔗糖特定的信號途徑有關(guān)。實(shí)驗(yàn)采用糖類似物處理植物材料，結(jié)果表明，添加外源3-氧甲基葡萄糖(3-OMG)處理材料后不能誘導(dǎo)試管鱗莖的形成并使其膨大;甘露糖處理后有作用，但其作用效果不如蔗糖，且具有顯著性差異，只有

8、異麥芽酮糖處理后效果與蔗糖相近。鱗莖膨大作用由強(qiáng)到弱的順序是:蔗糖＞異麥芽酮糖＞葡萄糖＞甘露糖＞3-OMG。甘露糖可以通過己糖激酶磷酸化，但它不能被進(jìn)一步代謝，表示的是己糖激酶參與的信號傳導(dǎo)途徑。3-OMG是較差的己糖激酶底物，其作用是表示己糖激酶無關(guān)的信號通路。異麥芽酮糖是雙糖，未在高等植物中合成的，并且不由植物酶裂解或運(yùn)送，其效果表明蔗糖信號感應(yīng)在細(xì)胞膜水平。此結(jié)果可進(jìn)一步說明，蔗糖對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的作用與蔗糖特異性信號

9、有關(guān)。
　　5、抑制劑處理對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的影響
　　本實(shí)驗(yàn)采用排除法抑制蔗糖等碳源的供給，驗(yàn)證蔗糖對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的有效性及其信號作用。利用蔗糖特異性吸收抑制劑(pCMBS)和葡萄糖吸收抑制劑根皮苷(phloridzin)阻斷蔗糖和葡萄糖的吸收過程。研究結(jié)果表現(xiàn)為用pCMBS處理后，蔗糖對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的能力急劇減弱;pCMBS處理對葡萄糖在定百合試管鱗莖形成及膨大過程中的效果無明顯作用

10、。用phloridzin處理后葡萄糖對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的作用最弱，可基本阻斷葡萄糖對瀘定百合試管鱗莖形成及膨大的能力;但其對蔗糖誘導(dǎo)結(jié)鱗莖的抑制效應(yīng)很低。結(jié)合pCMBS和phloridzin的作用方式，可推測，在瀘定百合鱗莖形成及膨大的過程中，添加的高濃度蔗糖有部分被胞壁轉(zhuǎn)化酶(CWINV)轉(zhuǎn)化形成葡萄糖和果糖，說明添加的外源性蔗糖大部分是依賴自身的特異性載體蛋白直接轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)的，而其中的一小部分是經(jīng)轉(zhuǎn)化酶轉(zhuǎn)化成葡萄糖和果糖

11、，再通過己糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，這部分己糖或己糖信號系統(tǒng)對百合鱗莖的生長發(fā)育發(fā)揮的作用是極少的。而蔗糖在鱗莖形成及膨大過程中的誘導(dǎo)及膨大的作用主要通過其自身來實(shí)現(xiàn)，其高效性與自身特異性載體直接相關(guān)。由此可進(jìn)一步證實(shí)，蔗糖在瀘定百合鱗莖形成及膨大過程中的作用主要是通過蔗糖獨(dú)特的信號分子功能來實(shí)現(xiàn)的。
　　綜上所述，本研究結(jié)果表明，蔗糖可以有效促進(jìn)瀘定百合試管鱗莖形成及其膨大，其適宜的濃度為60g/L。在高濃度糖處理過程中滲透勢對沒