关于水稻根负向光性机理的探讨

论文摘要

水稻的种子根和不定根,以及由这些根上长出的分枝根都具有明显的负向光性生长运动的现象。为了探讨水稻根负向光性的机理,本研究以扬稻六号,大粒（三寸）,汕优63,日本品种的日本晴四个水稻品种为材料,前2品种主要用于水培法观察水稻根的生长,汕优63主要用于水稻根负向光性中光受体的探讨,日本晴用于cpt1基因在水稻根负向光性中的作用的研究。我们进行了施加外源化学物质或激素等对水稻根负向光性影响的试验,探讨了水稻根的负向光性中的光受体、信号组分物质、IAA运输载体蛋白cpt1基因的表达。结果如下:1稻根的负向光倾斜生长是由于根尖弯曲部的受光侧细胞的生长量大于背光侧细胞的生长量所致。2蓝紫光能显著诱导稻根负向光性,而红光无效;根冠浸提液的吸收光谱在350 nm和450 nm各有一个吸收峰;根冠中有120 KD的光受体特征的蛋白条带。推测稻根负向光性的光受体可能为蓝光受体。3不同浓度的外源试剂处理在水稻根的负向光性中分别起着调节作用。Ca2+、IP3、G蛋白、LiCl、蔗糖对水稻根负向光性运动中的信号转导都具有正调节作用;质膜H+-ATPase的浓度和pH值的均衡有利于根的负向光性运动;而H2O2促进水稻次生根的弯曲和生长,且在低浓度处理下,也促进了水稻根的负向光性的弯曲度,但却抑制了种子根的弯曲和生长。4植物生长调节剂对水稻根的负向光性有不同的影响。（1）适当浓度的ABA,GA和乙烯利对水稻根的负向光性的作用都不明显,而CTK严重抑制水稻根的负向光性和生长量;（2）生长素溶液对根的负向光性生长有显著的影响。在0～100mg·L-1的浓度范围内,随着IAA的浓度提高对根的生长、负向光性和向重性反应的抑制程度加剧。（3）不定根在光照1. 5 h后,背光侧的IAA含量明显大于向光侧,种子根的生长方向既受光的调控也受外施的IAA的调控,根尖向贴有含IAA琼脂块的一侧弯曲生长。这些结果表明光引起根尖两侧IAA含量差异是导致根负向光性的原因。5本试验探讨了cpt1基因在水稻根负向光性中的作用。发现cpt1基因的表达量与0.001 mg·L-1的IAA、1 mg·L-1的CaCl2及其抑制剂1 mg·L-1的EDTA对稻根的负向光性的效应相一致。由此推测,cpt1基因可能作为IAA载体蛋白对水稻根的负向光性运动起促进作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 向光反应的类型
• 1.1.1 茎的正向光性反应
• 1.1.2 茎的负向光性反应
• 1.1.3 根系的负向光性反应
• 1.1.4 红光诱导根系的正向光性反应
• 1.1.5 横向光性反应
• 1.2 向光性的反应机理
• 1.2.1 Cholodny-Went 假说
• 1.2.2 Brusium-Hasegawa 假说
• 1.3 植物光受体及其光信号转导
• 1.3.1 光受体及光信号转导
• 1.3.1.1 光敏色素及其信号转导
• 1.3.1.2 蓝光受体及其信号转导
• 1.3.1.2.1 隐花色素及其信号转导
• 1.3.1.2.2 向光素及其光信号转导
• 1.3.1.2.3 UV－B受体及其光信号转导
• 1.3.1.3 其它的光受体及其信号转导
• 1.3.2 光受体下游信号转导的调节因子
• 1.3.3 下游信号转导的组分
• 2+'>1.3.3.1 Ca²⁺
• 1.3.3.2 蛋白质的可逆磷酸化
• 1.3.3.3 G 蛋白
• 2O₂'>1.3.3.4 H₂O₂
• 1.4 生长素载体在生长素极性运输中的作用
• 1.5 课题研究目的、意义和研究内容
• 1.5.1 本研究的目的和意义
• 1.5.2 本研究的主要内容
• 1.6 参考文献
• 第二章 关于水稻根负向光性光受体的探讨
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 不定根的培育
• 2.1.2 光质对稻根的影响
• 2.1.3 根冠中色素的提取和吸收光谱的测定
• 2.1.4 根冠中蛋白的分离与鉴定
• 2.1.4.1 总蛋白提取
• 2.1.4.2 SDS-PAGE
• 2.1.4.3 蛋白质含量的测定
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 光质对稻根负向光性的影响
• 2.2.2 水稻根冠的提取物的吸收光谱
• 2.2.3 水稻根冠蛋白质分析
• 2.3 讨论
• 2.4 参考文献
• 第三章 信号转导组分物质对水稻根负向光性的影响
• 3. 1 材料与培养
• 3.1.1 种子根的培育和生长观察
• 3.1.2 不定根的培育
• 3.2 结果与分析
• 2 对稻根负向光性的影响'>3.2.1 CaCl₂对稻根负向光性的影响
• 3.2.2 EB 对稻根负向光性的影响
• 3.2.3 EDTA 和 EGTA 对稻根负向光性的影响
• 3.2.4 LiCl 对稻根负向光性的影响
• 3.2.5 肌醇对稻根负向光性的影响
• 3.2.6 FC 对稻根负向光性及生长量的影响
• 3.2.7 Vanadate 对稻根负向光性及生长量的影响
• 3.2.8 pH 对水稻根负向光性和生长量的影响
• 3.2.9 CTX 对稻根负向光性及生长量的影响
• 3.2.10 PTX 对稻根负向光性及生长量的影响
• 3.2.11 蔗糖对稻根负向光性的影响
• 2O₂ 对水稻种子根和次生根的负向光性及生长量的影响'>3.2.12 H₂O₂对水稻种子根和次生根的负向光性及生长量的影响
• 3.3 讨论与小结
• 3.4 参考文献
• 第四章 激素在水稻根负向光性反应中的作用
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 供试材料
• 4.1.2 水稻种子根和分生根生长的观察
• 4.1.3 激素对稻根负向光性的影响
• 4.1.4 生长素对种子根生长的影响
• 4.1.5 水稻根尖生长素含量的变化采用 ELISA 方法进行测定
• 4.1.5.1 前处理
• 4.1.5.2 样品测定
• 4.1.6 稻根显微结构的观察
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 GA 对水稻根生长、向光性和向重性的影响
• 4.2.2 乙烯利对水稻种子根和分生根负向光性的影响
• 4.2.3 ABA 对水稻种子根和分生根负向光性和生长量的影响
• 4.2.4 IAA 水稻根负向光性的影响
• 4.2.4.1 IAA 对水稻根生长和向光性的影响
• 4.2.4.2 不同浓度的 IAA 琼脂块处理种子根的结果
• 4.2.4.3 光照对水稻次生根根尖中 IAA 的影响
• 4.2.4.4 附 IAA 后水稻种子根负向光性的弯曲部位的结构
• 4.2.5 CTK 对稻根负向光性的影响
• 4.3 讨论与小结
• 4.4 参考文献
• 第五章 CPT1 蛋白对水稻根负向光性的信号转导的定位
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 种子根的培养
• 5.1.2 引物设计
• 5.1.3 水稻根基因组 DNA 的提取以及cpt1 引物 PCR 扩增
• 5.1.3.1 水稻根基因组 DNA 的提取
• 5.1.3.2 PCR 扩增
• 5.1.3.3 PCR 产物回收纯化以及测序验证
• 5.1.4 RT－PCR
• 5.1.4.1 总 RNA 的提取
• 5.1.4.2 RT－PCR 扩增
• 5.1.4.2.1 cDNA 的合成
• 5.1.4.2.2 cDNA 的 PCR 扩增
• 5.1.4.2.3 RT－PCR 产物回收纯化以及测序验证
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 外源试剂处理对水稻根负向光性的影响
• 5.2.2 外源试剂处理对稻根负向光性运动过程中cpt1 基因表达量的影响
• 5.2.2.1 水稻根总RNA 的提取
• 5.2.2.2 不同条件下不同试剂处理对水稻根中cpt1 基因表达的影响
• 5.3 讨论与小结
• 5.4 参考文献
• 第六章 结语
• 6.1 水稻根的负向光性的光受体为蓝光受体
• 6.2 光引起根尖两侧 IAA 含量的差异导致根负向光性的形成
• 2+、Ca²⁺-ATPase、蔗糖、G 蛋白、肌醇 和 LiCl 等在水稻根的负向光性的信号转导中起着调控的作用'>6.3 Ca²⁺、Ca²⁺-ATPase、蔗糖、G 蛋白、肌醇 和 LiCl 等在水稻根的负向光性的信号转导中起着调控的作用
• 6.4 编码水稻根 IAA 横向运输蛋白 CPT1 的 cpt1 基因对水稻根负向光性具有重要作用
• 第七章 本论文创新之处
• 7.1 稻根是研究根负向光性反应以及植物光信号传导的好材料
• 7.2 研究内容为根负向光性机理,并深入至光信号的传导
• 7.3 建立一整套研究水稻根负向光性机理的专用方法
• 7.4 某些研究结果填补了植物向光性理论的空白
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文目录（2005～2008）