生長素的極性運輸在擬南芥根系機械響應(yīng)中的作用.pdf

1、根器官是植物從土壤環(huán)境吸收生長發(fā)育所需的水分和養(yǎng)分的基礎(chǔ)。機械刺激貫徹植物根系發(fā)育始終，其中包括土壤顆粒對根器官的阻擋，擠壓及摩擦等。機械刺激可以顯著影響植物根系形態(tài)的建成。然而，植物的根器官如何準確感受土壤中機械刺激并做出適當?shù)捻憫?yīng)，從而實現(xiàn)在局部土壤環(huán)境中的適應(yīng)性生長目前還不清楚[1]。除了根器官，機械刺激也可以對植物地上部分的生長發(fā)育進行可塑性的調(diào)節(jié)。植物體的不同部位很可能通過類似的分子細胞機理進行機械信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和響應(yīng)[2-3]。因

2、此，研究根系機械響應(yīng)行為及相應(yīng)分子機理對植物力生物學(xué)的發(fā)展以及機械刺激在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用具有重大的理論價值和指導(dǎo)意義。
　　植物通過體內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)感受、傳遞外界環(huán)境信號，并通過激素互作、基因表達網(wǎng)絡(luò)調(diào)控等實現(xiàn)不同環(huán)境信號及內(nèi)源發(fā)育信號間的有機整合[4]。生長素是調(diào)控植物器官發(fā)育模式的重要激素分子，其生理作用很大程度上依賴于其在植物組織內(nèi)的極性運輸及局部濃度梯度的形成。目前植物響應(yīng)機械刺激的研究主要集中在機械刺激影響植物生長發(fā)育

3、、形態(tài)建成、生理生化過程等方面，但在生長素極性運輸和機械刺激的響應(yīng)機制方面相關(guān)報道較少。本文結(jié)合植物生理學(xué)與生物物理學(xué)的理論和方法，利用物理學(xué)和植物學(xué)的學(xué)科交叉點優(yōu)勢，通過對根施加接觸機械刺激、添加生長素極性運輸抑制劑等手段，探討了生長素極性運輸在受持續(xù)機械刺激的擬南芥根系的生長發(fā)育中的作用。
　　本研究第一部分建立機械刺激的方法，采用不可穿透瓊脂傾斜培養(yǎng)擬南芥，瓊脂濃度分別為8g/L、10g/L、12g/L、14g/L、16g/

4、L、18g/L、20g/L、22g/L，通過擬南芥主根生長量以及曲率比挑選適宜后期實驗培養(yǎng)瓊脂硬度以及表面粗糙度。根據(jù)實驗結(jié)果，10g/L以及12g/L濃度瓊脂培養(yǎng)基中主根生長量適宜，側(cè)根密度以及生長長度便于后續(xù)試驗。第二部分研究不同機械刺激下導(dǎo)致的擬南芥根系表型，采取10g/L以及12g/L濃度瓊脂培養(yǎng)基對擬南芥進行傾斜培養(yǎng)，角度采取與水平面傾斜30°、45°、60°、75°。同樣通過主根生長量以及曲率比，側(cè)根數(shù)量以及側(cè)根密度挑選合適

5、角度，在取得主根適宜生長長度的同時取得最顯著波形生長，則確定最佳培養(yǎng)濃度及施加機械刺激傾斜角。第三部分為抑制劑的添加對機械刺激作用下擬南芥根系的表型影響。極性運輸抑制劑選擇了0.5μM、1.0μM、1.5μM、2.0μM濃度的NPA（鄰氨苯甲酸鈉，N-1-Naphthylphthalamic acid）以及0.5μM、1.0μM、1.5μM、2.0μM濃度的1-NOA（萘氧乙酸，1-naphthoxyacetic acids）來處理。對

6、主根軌跡長度和直線長度的分析數(shù)據(jù)表明0.5μM NPA對擬南芥的主根并沒有明顯的抑制作用，當濃度等于或高于1.0μM時主根的軌跡長度和直線長度均受到明顯抑制，表現(xiàn)出同步的受抑制趨勢。1-NOA的添加對擬南芥根的生長有一定的抑制作用，側(cè)根數(shù)量減少，并且隨著培養(yǎng)基中1-NOA濃度的增加對側(cè)根的抑制作用逐漸加強。但是對于主根的生長一直不是很明顯，并未見顯著抑制。并且所有的實驗組仍然具有非常明顯的波形生長現(xiàn)象。
　　實驗表明不同濃度不同傾

7、斜角度的瓊脂培養(yǎng)基對擬南芥主根的生長以及側(cè)根都有顯著的影響，隨著培養(yǎng)基中瓊脂濃度的增加，培養(yǎng)基的硬度增大，表面粗糙度改變，主根的長度降低，植物生長明顯受到抑制。不同強度的持續(xù)性的機械刺激對擬南芥根系的生長發(fā)育具有重要的影響。極少量NPA的添加能夠在一定程度上中和機械刺激所造成的形變，大于1.0μM的NPA對主根有顯著的抑制作用，并且對側(cè)根的生長表現(xiàn)出強烈的抑制作用。1-NOA的添加對主根的抑制作用不明顯，但是降低了對機械刺激的敏感性，造