咪唑乙烟酸对拟南芥生长及开花时间的对映选择性研究

论文摘要

环境污染物可长时间残留于土壤或水环境中,对生物生长和农业生产造成不利影响,是农业可持续性发展的巨大挑战。除草剂是一类常见的环境污染物,影响植物生长和发育。本论文研究了手性除草剂咪唑乙烟酸（imazethapyr, IM）在拟南芥叶绿素合成、光合作用以及开花时间等方面的对映选择性作用。结果显示,R-IM通过抑制叶绿素合成基因chlM的转录来影响叶绿素合成；同时,R-IM对光合作用线性电子传递链及二氧化碳固定相关酶基因也有较强的抑制能力；而S-IM在这些方面的抑制能力较弱。IM对映体处理下,会诱导NDH复合物关键基因NDH-H的转录上调,同时抑制依赖FD的环式电子传递链中的PGR5基因,综合说明IM胁迫刺激了依赖NDH-H的途径而不是依赖FD的途径来促进环式电子传递,促进ATP合成。在开花方面,IM也可对映选择性地通过调控光周期途径来诱导拟南芥提前开花。IM对映体可以减弱生物钟核心振荡器（CCA1和LHY）的振幅,进而诱导GI-（CO）-FT途径基因的表达上调,最终使AP1内源性地过量表达,花期提前。我们的发现可以揭示植物响应除草剂胁迫,调控生殖时间的作用机理。由于开花时间是作物重要的生命特征,同时也会影响传粉昆虫的生命周期,因此除草剂在生物圈中的残留将改变植物的生命周期与物种多样性。此外这些研究也证明R-IM较S-IM有着更强的生物学毒性,通过影响光合作用、叶绿素合成及生物钟节律,对植物的生长生殖有着更强的抑制效果,证实IM具有对映选择性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 拟南芥生物学特征
• 1.2 咪唑乙烟酸简介
• 1.2.1 手性农药
• 1.2.2 咪唑啉酮类除草剂特征
• 1.2.3 咪唑乙烟酸的特征
• 1.3 拟南芥光合作用研究
• 1.3.1 叶绿素合成
• 1.3.2 光合作用线性电子传递链
• 1.3.3 环式电子传递链
• 1.4 拟南芥开花诱导途径的研究
• 1.4.1 光周期途径简介
• 1.4.2 春化途径简介
• 1.4.3 自主途径简介
• 1.4.4 赤霉素途径简介
• 1.4.5 环境因子对开花的影响
• 1.4.6 内外源因素的相互关系
• 1.5 研究目的和主要内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究的主要内容
• 第二章 咪唑乙烟酸对拟南芥叶绿素合成及光合作用的对映选择性影响
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 植物生长条件和试剂
• 2.2.2 植物组织中叶绿素和花青素的测定方法
• 2.2.3 RNA提取,反转录和real-time PCR分析
• 2.2.4 数据分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 咪唑乙烟酸对映选择性影地响叶绿素和花青素的含量
• 2.3.2 IM对映选择性地影响叶绿素合成基因的转录
• 2.3.3 IM对映选择性地影响光合作用相关基因的转录水平
• 2.3.4 IM对环式电子传递链相关基因的选择对映性影响
• 2.4 小结
• 第三章 咪唑乙烟酸对拟南芥开花时间的对映选择性影响
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 植物材料和生长条件
• 3.2.2 生物钟节律实验,RNA提取和Real-Time PCR条件
• 3.2.3 数据分析
• 3.3 结果
• 3.3.1 IM作用下开花率和生殖生长阶段的形态学表象
• 3.3.2 IM对诱导开花基因的影响
• 3.3.3 IM对春化、自主和GA信号通路基因的影响
• 3.3.4 IM对光周期信号通路相关基因转录水平的影响
• 3.4 讨论
• 结论与创新点
• 参考文献
• 附录
• 附表1 荧光定量PCR引物表
• 附表2 主要仪器表
• 致谢
• 攻读期间发表论文