矮牵牛甲醇代谢机制与甲醇刺激其生长的关联性,植物学论文.docx

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1、矮牵牛甲醇代谢机制与甲醇刺激其生长的关联性,植物学论文很多研究证明植物能够释放甲醇，同时可以进行代谢和利用甲醇。研究发现植物能够将标记的甲醇转化为标记的，标记出如今糖和氨基酸主要是丝氨酸和甲硫氨酸中，据此揣测甲醇在高等植物中能够在依靠的甲醛脱氢酶、甲酰谷胱甘肽水 解 酶 和依 赖 的 甲 酸 脱 氢 酶构成的代谢途径中被氧化成甲醛、甲酸和，随后进入卡尔文循环被同化为葡萄糖。研究发现甲醇进入悬铃木细胞后被渐渐地代谢为、及卵磷脂。甲醇的同化可能通过亚甲基四氢叶酸和腺苷甲硫氨酸进行。另外，甲醇在悬铃木细胞中还被同化为甲基 吡喃葡萄糖苷 。 在应用方面，甲醇能促进植物的生长已在藻类植物、双子叶植物和单

2、子叶植物中得到证实。研究结果讲明叶面施用甲醇不仅能够增加作物产量，而且能缓解干旱环境中农作物的干旱胁迫异常感觉和状态并减少灌溉需水量。除此之外，叶片喷洒甲醇还促进观赏植物开花，缩短植物生育期。但是关于甲醇刺激植物生长的大多数研究只是集中在形态或生理层面，对其机理研究不多。当前关于甲醇影响植物生长的机制主要有下面几种假讲或揣测：碳源假讲、加强光合作用并抑制光呼吸假讲、推动钙离子由成熟组织向新生组织转移和影响激素生成。 由于甲醇在植物体内可依次被氧化生成甲醛、甲酸和，因而碳源假讲以为喷施于植物叶面的甲醇通过气孔或直接穿过叶片表皮进入植物细胞，其氧化反响最终提高了叶片细胞内附近的浓度，进而能成功地与

3、氧竞争的活性位点，加强植物对的同化作用，为植物生长和繁衍提供更多的有机物。 在上述假讲中，碳源假讲是当前得到试验支持证据最多的假讲。但对于碳源假讲有部分学者提出质疑，以为喷施甲醇时能真正施用到单株植物上的甲醇很少，若作为碳源起作用，促进植物生长的效果不会如此显着。矮牵牛是一种在植物学领域广泛应用的形式观赏植物，本研究首先考察叶施不同浓度的甲醇对矮牵牛生长的影响，之后为了排除微生物的干扰，在无菌条件下于固体培养基中添加不同浓度的甲醇，进一步验证甲醇的应用对矮牵牛生长的影响，最后利用技术分析矮牵牛代谢中标记甲醇的代谢机制，以考察矮牵牛甲醇代谢作用与甲醇刺激其生长的相关性，对碳源假讲进行验证。 材料

4、和方式方法 材料培养与处理 本研究使用的试验材料是矮牵牛 。矮牵牛的种子经过外表消毒后播种于蔗糖培养基上，然后置于组培室持续光照条件下进行无菌培养，周后进行甲醇处理和相关指标测定。 测定指标及方式方法 形态和生长指标 将无菌培养的矮牵牛幼苗移栽到装有腐殖土和珍珠岩的小花盆中进行盆栽培养，每盆植入大小一致的小苗株。周后，用塑料袋套住花盆避免甲醇溶液渗入土壤，然后分别用浓度为、的甲醇和蒸馏水对照，均匀喷洒于叶面上，每盆植物喷洒溶液，每周次，持续周后观察其植株形态变化。为了排除微生物的影响，在无菌培养条件下进行甲醇处理。选取大小一致的矮牵牛幼苗，剪取有个叶片的顶芽，分别插入添加了和甲醇的固体培养基

5、，含蔗糖上，持续光照下培养，以不添加甲醇的固体培养基上生长的顶芽为对照。培养周后，取出幼苗观察生长情况并测量鲜重，计算相对生长率。 相对生长率周后鲜重初始鲜重初始鲜重 叶绿素含量 将无菌培养的矮牵牛幼苗分别转接到添加有和甲醇的固体培养基上，根据中条件培养周后收集叶片，在液氮中充分研磨，用的乙醇抽提，然后用紫外分光光度法测定叶绿素含量。分别测定和处的光吸收值、，根据下述公式计算总叶绿素、叶绿素和的浓度： 叶绿素 叶绿素 总叶绿素浓度叶绿素叶绿素 叶绿素含量，鲜重色素浓度 提取液体积 稀释倍数样品鲜重 丙二醛、过氧化氢及羰基化蛋白质含量 矮牵牛幼苗分别在添加有和甲醇的固体培养基上根据中条件处理后收

6、集叶片，在液氮中充分研磨，采用硫代巴比妥酸酸法测定丙二醛含量，采用二甲酚橙法进行测定过氧化氢含量，采用，二硝基苯肼法测定羰基化蛋白含量。 代谢物相对含量 标记试验矮牵牛幼苗先在含有蔗糖的固体培养基上培养周，在无菌条件下取出置于添加或的固体培养基中，在同样的温度、光照条件下处理，然后采集叶片，液氮速冻备用。为了观察叶片中的积累，取部分矮牵牛叶片在液氮中充分研磨， ， 离心，取上清用于分析。 代谢产物的抽提为了富集含量低的代谢中间产物，植物材料在液氮中研磨，加 磷酸钾缓冲液， 抽提，经沸水浴处理， ，离心。取上清液真空冷冻枯燥，然后用 缓冲液溶解。 ， 离心，上清用于分析。 分析分析在布鲁克核磁共

7、振仪 上进行，使用的相关参数如下：宽带质子去耦， 脉冲，谱宽 ，采样时间，延滞时间，样品温度保持在 ，每 个 样 品 采 集 个 数 据 点，扫 描 次，处理数据时线宽为。标记样品中的化学位移参照甲酰胺共振峰，。谱振峰的归属参考已经知道化合物的谱。在计算不同样品中各代谢物的相对含量时，目的共振峰以甲酰胺为内参进行积分。 数据分析 各项生理指标的检测均进行次生物学重复，采用统计学分析软件 进行单因素方差分析。图中数据间标有不同字母表示差异达显着水平。 结果与分析 施用甲醇对矮牵牛生长表型和生物量积累的影响 分别用和甲醇溶液喷施盆栽矮牵牛叶面，周后，与对照相比，喷施甲醇的植株个体较大，叶片厚而挺拔

8、，叶柄较长且粗，而喷施甲醇的植株个体较要小，且叶片发黄图。讲明叶片喷施甲醇能显着促进矮牵牛的生长，而喷施甲醇表现出生长抑制效应。 由于盆栽植物叶片外表存在大量细菌，可能会影响喷施甲醇的效果。为了排除微生物的干扰，在培养基中分别参加和下同，然后把组培苗移栽到培养基上，以不添加甲醇的培养基上的植株为对照，培养周后观察添加不同浓度的对矮牵牛生长状况以及生物量积累的影响。结果表示清楚，在含有的培养基上生长的矮牵牛再生根比更粗壮更长，两种浓度的均未对矮牵牛幼苗造成明显可见的损伤图，。鲜重测量结果表示清楚，在添加甲醇培养基上生长的植株鲜重 相 对 增 长 率 显 着 高 于，添 加 处理仅略高于图，。以上

9、结果讲明，在无菌培养条件下，根部施用 能够显着促进矮牵牛幼苗的生长，当外源性浓度到达时促进效果降低。 施用甲醇对矮牵牛幼苗生理生化特性的影响 叶绿素含量 叶绿素含量与植物的光合速率密切相关，是植物生长状况的一个反映。在培养基上添加 使矮牵牛中叶绿素、叶绿素和总叶绿素含量均比对照显着增加，叶绿素比值也有所增加，但未到达显着差异水平；而添加 使矮牵牛叶片中 叶绿素含量比对照有所降低，但叶绿素和总叶绿素含量有一定程度升高，叶绿素比对照显着降低 图，。 、羰基化蛋白和含量 与相比，添加 使矮牵牛叶片中含 量 显 着 降 低，而 添 加 使含量升高，但未到达显着水平图，；培养基中添加和 分别使矮牵牛叶片

10、中含量分别显着升高和图，；培养基中添加 对矮牵牛叶片中含量无显着影响，而添加使矮牵牛叶片含量显着升高图，。这些结果讲明在培养基上添加低浓度对矮牵牛没有产生氧化胁迫，而添加高浓度则产生较为强烈的氧化胁迫，对矮牵牛叶片膜脂和蛋白质产生一定程度的氧化损伤，这可能是高浓度对矮牵牛生长促进作用降低的原因之一。 培养基上不同浓度甲醇在矮牵牛中的代谢作用 为了考察矮牵牛代谢甲醇的机制，在固体培养基上分别添加和，把长根的矮牵牛移栽到上述培养基上处理，然后抽提 其细胞汁液，用分析其代谢谱。结果在处理植株叶片的细胞汁液中能够观察到有游离的信号峰图，出现游离甲醇信号峰均随使用甲醇浓度的升高而增加，但是没有观察到甲醛

11、和甲酸的信号峰，可能是由于样品没有浓缩，而使这两种产物的含量较低缺乏以检测到。同时，为了确认在矮牵牛中的代谢能否会产生和，对处理的矮牵牛代谢中间产物用抽提浓缩，结果谱中没有出现游离的信号峰，但能够观察到较弱的和信号峰图，证实在矮牵牛中的代谢产生了和。矮牵牛中游离葡萄糖和果糖信号峰的强度在代谢谱中分别到达的和倍，而在的代谢谱中则进一步升高至的和倍图，、。这些结果讲明在矮牵牛中可被同化为和。 同时，在中有较弱的信号峰，且在代 谢 过 程 中 的 信 号 峰 随浓度的升高而显着加强图，在和代谢谱中分别到达的和倍图，。在中并无和的信号峰，在代谢谱中出 现 的 信 号 峰，而 在 代谢谱中出现的信号峰，

12、同时的信号峰显着加强图，其信号强度到达的倍图，。这些结果讲明在矮牵牛中的代 谢 产 生 大 量 的 、和少量的。在中含量最丰 富 的转 运 氨 基 酸 是，在 标记后，的信号峰强度有所 降 低，在 标 记后的信号峰显着加强，其相对含量到达样品中的倍图，表示清楚有代谢流进入碳骨架的合成。 讨论 有些研究发现同样浓度的在叶片喷施能促进植物生长，当采用根部灌溉时却显着抑制植物的生长，因而有很多学者对刺激植物生长作用的重复性提出质疑。总结很多研究的结果提出，植物对外源性的应答是一个特别复杂的经过，的处理时间、植物对的吸收量、不同组织对的敏感度差异甚至某些甲基营养菌的存在可能都是影响外源性施用实验的重复

13、性。在本研究也观察到类似的结果，用甲醇处理的矮牵牛生长状况明显比对照植物好，而的甲醇喷施处理叶片发黄生长缓慢，讲明高浓度甲醇对矮牵牛产生了一定的胁迫。根部施用和 处理结果表示清楚，两种浓度对矮牵牛幼苗生长均有促进作用，华而不实 的促进效果更显着；同时，的处理幼苗的含量没有升高，而 处理引起矮牵牛中氧化胁迫相关指标包括、和的升高，讲明 处理可能引起矮牵牛中膜脂以及蛋白质过氧化水平的升高，这可能是高浓度甲醇对矮牵牛生长刺激作用减弱的生理基础之一。 当前对于甲醇影响植物生长的机制有多种不同的假讲或揣测，华而不实碳源假讲的理论根据是： 在植物体内主要通过、和的途径进行代谢，产生的能够提高周围的比率，进

14、而提高光合碳同化的能力和效率。本实验中处理矮牵牛中的主要代谢产物是和，这讲明由代谢产生的确实进入卡尔文循环用于糖类物质的合成。而在处 理 矮 牵 牛 中 和的生成量显着大于处理，讲明有更多来自的标记被整合进入卡尔文循环并流向糖类物质的合成。然而在本实验固体培养条件下，甲醇对矮牵牛生长的刺激作用效果最好。假如刺激植物生长的效果是依靠其代谢产生的碳源供应，那么高浓度应该具有更强的刺激效果，但在培养基中添加 对矮牵牛生长的促进作用效果不如 。 这些结果讲明来自甲醇代谢的碳源固然被卡尔文循环同化为糖类物质或有机酸的碳骨架，但这部分碳源对促进植株生长的奉献不大，即本实验证据不支持碳源假讲。甲醇代谢在植物体内的作用应该是使甲醇氧化产生的有毒物质、通过卡尔文循环的同化作用进行脱毒。本研究结果证实外源性被矮牵牛吸收后在矮牵牛体内有游离的积累。因而我们揣测应该是游离甲醇可能以某种调控信号分子的形式发挥作用而刺激植物的生长。 以下为参考文献： ， ，： ： ，： ， ， ， ，： ， ： ，： ， ， ， ，： ， ， ，： ， 内蒙古师范大学学报 自然科学汉文版，： ， ，： ， ， ， ，： 慕莉莉 当代农业科技，： ， ， ， ： ， ， ， ： ，： ， ，： ， ， ，： ， ， ，： ， ， ，：