外源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)小白菜硫代葡萄糖苷的影響及相關(guān)合成基因表達(dá)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(shí)與十字花科蔬菜的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)成分、植物自我保護(hù)機(jī)制以及人類的身體健康有著密切的關(guān)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(shí)受到植株生長(zhǎng)環(huán)境條件及各種外源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的影響。近年來(lái)，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(gè)熱點(diǎn)

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(duì)人體的營(yíng)養(yǎng)和保健作用，或提高植株應(yīng)對(duì)病蟲(chóng)等外界脅迫的能力，對(duì)提高蔬菜的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、產(chǎn)量及抗性具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 本文以起源于我國(guó)的重要十字花科蔬菜小白菜(Brassica rapaL.ssp.chinensisvar.communis)為試驗(yàn)材料，克隆了小白菜硫代葡萄糖苷合成關(guān)鍵基因并分析了其在不同品種及部位的表達(dá)水平，同時(shí)研究了油菜素內(nèi)酯、多胺、殺蟲(chóng)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(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)小白菜硫代葡萄糖苷組分和含量及合成關(guān)鍵基因表達(dá)水平的影響，從生理層面和基因表達(dá)層面探討了外源植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)小白菜硫代葡萄糖苷的調(diào)控作用。主要結(jié)果如下:
　　 (1)研究了葉面噴施油菜素內(nèi)酯和多胺對(duì)小白菜地上部硫苷組分和含量的影響。結(jié)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(duì)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(duì)含量。油菜素內(nèi)酯對(duì)小白菜脂肪族硫苷含量的提高可能是通過(guò)提高植株光合作用促進(jìn)了植株生長(zhǎng)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(jī)制可能和油菜素內(nèi)酯影響生長(zhǎng)素運(yùn)輸及植株防御系統(tǒng)有關(guān)。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(guān)。外源油菜素內(nèi)酯和多胺處理對(duì)小白菜地上部硫苷含量的影響都存在短期效應(yīng)。
　　 (2)研究了4種不同種類殺蟲(chóng)劑和5種不同種類除草劑對(duì)小白菜地上部硫苷組分和含量的影響。結(jié)果表明4種殺蟲(chóng)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(chóng)劑對(duì)小白菜地上部硫苷含量影響基本一致。殺蟲(chóng)劑處理后小白菜硫苷含量的增加可能是由于殺蟲(chóng)劑對(duì)小白菜植株造成了脅迫，從而誘導(dǎo)了硫苷-黑芥子酶系統(tǒng)啟動(dòng)

6、，合成更多抗性物質(zhì)來(lái)應(yīng)對(duì)殺蟲(chóng)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(guān)。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(dǎo)致總硫苷含量的增加。除草劑處理對(duì)小白菜硫苷含量的影響存在短期效應(yīng)。
　　 (3)研究了葉面噴施外源供體形式的NO和H2S及SO2處理對(duì)小白菜硫苷組分和含量的影響。結(jié)果表明適當(dāng)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(duì)小白菜地上部硫苷的長(zhǎng)期（10天）積累有負(fù)面作用。這可能是因?yàn)镹O啟動(dòng)了植株體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)、防御基因表達(dá)等抗脅迫進(jìn)程，從而導(dǎo)致硫苷等防御物質(zhì)的短期積累。同時(shí)，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(duì)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(duì)照處理均促進(jìn)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(yīng)，而Na2SO4處理不同濃度間沒(méi)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(gè)濃度的SO2不僅不能作為小白菜生長(zhǎng)所需的硫的供體，反而對(duì)其生長(zhǎng)有毒害作用，減少了其硫苷積累。SO2處理短時(shí)間內(nèi)（5天）對(duì)小白菜地上部硫苷含量影響不大，但具有長(zhǎng)期影響。NO和H2S處理對(duì)小白菜硫苷含量的影響隨著時(shí)間延長(zhǎng)而減弱或消失。
　　 (4)運(yùn)用同源克隆技術(shù)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(guò)基因工程改變硫苷組分和含量打下基礎(chǔ)。
　　 (5)運(yùn)用實(shí)時(shí)熒光定量PCR(qRT-PCR)技術(shù)分析了小白菜硫苷合成關(guān)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(dá)水平，以及外源多胺、殺蟲(chóng)劑和除草

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