论文部分内容阅读
植物一氧化碳（carbon monoxide,CO）由血红素加氧酶（haem oxygenase,HO,EC 1.14.99.3）催化血红素（haem）产生;研究表明HO1/CO信号系统参与调控植物生长发育。最近,动物中的研究表明氢气（H2）不仅仅是绿色能源物质,对胁迫造成的伤害也具有缓解作用;此外,以多壁碳纳米管（mutilwall carbon nanotube,MWCNT）为代表的碳纳米材料能够明显促进植物生长。然而,上述三者对植物侧根发生的调节作用及可能的分子机制尚不清楚;因此,我们就这些问题展开了研究,取得了以下的主要结果:1.探讨了 H01在H2O2诱导的番茄（Solanum lycopersicum）侧根发生中的功能与信号转导途径。研究表明,0.1 mmol/L H202具有与HO1诱导剂氯化血红素（haemin）类似的作用能够分别促进根部SlHO1基因转录本上调、HO活性和CO含量上升;同时诱导番茄侧根发生;而1mmol/LH2O2则对上述指标具有抑制作用。上述诱导和抑制效应分别被H01抑制剂锌原卟啉（ZnPP）和haemin逆转,该逆转效应又分别被CO和ZnPP抑制。进一步的研究发现,尽管H202清除剂N,N’-二甲基硫脲（N,N’-dimethylthiourea,DMTU）明显抑制了番茄侧根发生、根部SlHO1基因表达、HO活性和CO释放,但对haemin的生物学效应没有明显的影响。分子生物学的证据表明ZnPP对H202调控的细胞周期调节基因表达具有抑制作用,该抑制作用又能够被CO恢复。此外,NaCl诱导的SlHO1基因转录本、HO活性和侧根发生依赖于H202含量上升。综上所述,本研究的结果表明SlHO1基因介导H202诱导的番茄侧根发生。该研究结果将有助于我们进一步明确SlHO1在H202信号调节的番茄侧根发生中的具体功能和相关分子机制。2.以油菜（Brasscianapus）为研究材料,发现10 mmol/LNaCl和2%聚乙二醇（polyethylene glycol,PEG）具有与蔡乙酸（1-naphthlcetic acid,NAA）和 HO1 诱导剂haemin类似的生物学效应,包括诱导HO1基因表达和侧根发生,该诱导效应被ZnPP抑制;而CO水溶液能够逆转ZnPP的效应。另一方面,100 mol/L NaCl和20%PEG则抑制了HO1基因表达和侧根发生,该抑制作用被haemin所恢复,ZnPP抑制了该恢复作用。通过在侧根发育的不同阶段加入ZnPP研究发现BnHO1诱导侧根发生的功能主要发生在侧根发育早期;此外,10 mmol/LNaCl和2%PEG对生长素响应因子转录本和生长素含量具有诱导作用,而生长素极性运输阻断剂则下调了 10 mmol/L NaCl和2%PEG的诱导效应,该下调作用又被haemin所恢复。总之,本研究表明BnHO1及其催化产生的CO介导NaCl和PEG诱导的油菜侧根发生,该效应可能与生长素有关。研究结果将有助于我们了解BnHO1基因在环境因素诱导的油菜侧根发生中的功能及相关的信号转导途径。3.药理学实验表明外源H2诱导的侧根发生是一个普遍的现象。进一步的研究发现,外源富氢水（HRW）与NAA均具有诱导番茄内源H2含量上升的作用。有趣的是,H2不仅诱导番茄侧根,也促进番茄根部一氧化氮（NO）的合成,而NO清除剂2-4-羧苯基-四甲基咪唑烷-1-氧-3-氧化物（2-（4-carboxyphenyl）-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide potassium salt,cPTIO）则抑制了 H2诱导的番茄侧根发生和NO合成;NO酶学来源分析的结果表明,硝酸还原酶（NR）可能是H2诱导的NO酶学来源,而非一氧化氮合酶类似蛋白或S-亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）;分子生物学水平的证据表明细胞周期调节基因如SlCDKA1、SlCYCA2,1和SlCYCD3;1等是受H2调节的靶基因。解剖学和遗传学水平的研究结果也证明NR催化产生的NO参与H2诱导的侧根发生。总之,H2介导NAA诱导的侧根发生是NR催化产生的NO依赖的过程。相应的研究结果暗示了 H2在植物生长发育中潜在的功能及其下游信号分子。4.MWCNT对番茄侧根发生具有诱导作用,且具有剂量依赖效应,其中5mg/mL MWCNT的诱导效果最佳。同时,与另外几种碳纳米材料如单壁碳纳米管（singal-wall carbon nanotube,SWCNT）、石墨烯和活性炭相比,MWCNT诱导侧根发生的诱导作用最为明显。组合实验表明,NAA和haemin对MWCNT诱导的侧根发生有增效作用,而两者效应的阻断剂N-1-萘氨甲酰苯甲酸（N-1-naphthylphthalamic acid,NPA）和ZnPP对MWCNT诱导的侧根发生没有明显作用。与之相对应的是,SNP对MWCNT的诱导效力也具有加性效应,而NO清除剂cPTIO则显著逆转了 MWCNT诱导的侧根发生和NO含量积累效应;另一方面,NR抑制剂钨酸钠（tungstate,Tg）对MWCNT效应的抑制作用明显强于动物中一氧化氮合酶抑制剂NG-硝基-L-精氨酸甲酯（NG-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride,NAME）;对 NR 活性的时序变化的分析表明,MWCNT对其活性具有时间依赖性的诱导作用,并在处理24 h后达到最高峰;Tg对MWCNT诱导的NR活性提高也具有抑制作用,而该作用与其对MWCNT诱导的侧根发生和NO含量积累的抑制作用相一致。因此,本研究结果表明MWCNT诱导的番茄侧根发生可能与NR催化产生的NO有关。本研究表明以多壁碳纳米管为代谢的碳纳米材料在番茄侧根发生中的能力及可能的调节机制。