葡萄糖对水稻幼苗根系生长和生长素组织细胞分布的影响
2022-06-09
【论文摘要】利用DR5-GUS转基因水稻（Oryza sativa L.）中花 11 号为材料，分析了 0～5% 的葡萄糖和甘露醇处理 4～10 d 对水稻幼苗根系生长和生长素组织细胞分布的影响。结果表明，3%的葡萄糖有利于水稻根系生长，缺糖在幼苗生长后期显著抑制了根系的生长，5%葡萄糖显著延 迟侧根的形成和生长。通过根尖横切片发现，生长素在组织细胞间的基本分布规律，即根冠和分生区细胞中生长素多且分布比较均匀，从伸长区到成熟区逐渐呈现梯 度分布，成熟区中生长素主要分布在近表皮的皮层细胞和表皮细胞。不同浓度葡萄糖对生长素在根尖各区组织细胞间的梯度分布规律没有明显影响，但随葡萄糖浓度 升高根尖各区生长素含量逐渐升高。相同浓度条件下，甘露醇明显抑制根系的生长并引起生长素的过量积累。试验结果表明，葡萄糖对水稻根系生长的调节与其信号 作用有关而非渗透作用引起的，且这种信号作用与其调节生长素的合成和分布有一定关系。
【论文关键词】葡萄糖；生长素分布；水稻根系
根系是作物吸收水分和营养物质的重 要器官。水稻的根系属于须根系，包括初生根 （种子根）、不定根及其侧根。根系的生长发育状况是由其内部遗传因子和外界环境因子共同调控的[1]。土壤和植物本身的营养条件在植物根系的生长发育过程 中具有决定性的作用。糖是植物体内重要的营养物质、能源物质和调节分子，在植物的生命活动过程中具有重要作用[2]。它参与植物营养器官和繁殖器官生长发 育、代谢及胁迫应答等众多过程的调节[3]。葡萄糖（glucose，G）是植物体内主要的糖源之一。近年来，就 G 在植物生长发育中的信号作用进行了研究，如不同浓度的 G 对根的形成和生长发育的调节存在差异，缺糖导致根系生长停滞、引起代谢和基因表达的变化，当 G 浓度高于5% 时则抑制根系的生长[4]。还有研究发现，高糖使叶片增大和增厚并且促进不定根的形成[5]。在水稻中发现一种短根突变体（srt5），该突变体在种子萌 发期间根的伸长受到抑制，当添加外源 G 后能解除这种抑制作用，但用外源甘露醇处理则无作用，说明水稻根的生长与糖有关[6]。生长素是植物体内调控植物生长发育的关键激素之一，是调节不定根与 侧根形成和发育的重要信号分子。在植物生长发育过程中生长素的极性运输和局部积累形成的时空梯度对器官的形成和生长至关重要[7]。研究表明，在植物根系 生长发育过程中 G 和生长素信号存在交互作用[8]，G 通过依赖于HXK1 代谢途径与生长素相互作用调控植物的生长发育[3]。利用拟南芥研究发现 G 通过影响生长素合成、运输及应答基因家族基因的表达与生长素信号发生相互作用，进而调节其根系的生长发育。G 浓度调节生长素极性运输，缺糖使生长素极性运输和积累减少，导致植物生长缓慢以致停滞[4]。G 调节生长素的合成与代谢，从而影响生长素的积累[9]。对玉米的研究也发现，G 调节其生长素合成基因ZmYUCCA的表达，说明 G 和生长素之间有密切关系[10]。笔者在前期报道了 G 在锌诱导根系生长中的作用[11]。目前，关于 G 在水稻幼苗根系发育过程中作用研究较少。本试验旨在通过分析 G 对水稻根系生长发育和生长素分布的影响，在生理水平上明确 G 与生长素信号在调节根系生长过程中的相互关系。1材料与方法
1.1材料与处理
以DR5-GUS 转基因水稻（Oryza sativa L.）中花 11 号 为材料，挑选籽粒饱满的种子去壳后消毒：75% 乙醇（30 s）、0.1% 氯化汞（15 min）、2% 次氯酸钠（20 min），用无菌水洗净。将种子分别植入含0、3%、5% 葡萄糖（glucose，G）和3%、5% 甘露醇 （mannitol，M）的MS 培养基上，置于培养箱内（光周期为14 h光照，光照强度为 200 μmol/（m2·s），温度 26 ℃，夜间10 h，温度 20 ℃；相对湿度为 50%～60%） 培养4～10 d后进行数据统计与分析。
G与生长素合成和运输对初生根生长的影响：在含0、3%、5% G 的MS培养基上分别添加10-8 mol IBA、10-6 mol TIBA，在上述同样条件下处理8 d。以上每种处理至少做3次重复，每次设置3个平行处理，每个重复用50株幼苗。
1.2根系生长统计
对根系生长的指标进行统计，包括初生根的长度及其侧根的数量和长度；不定根的数量、长度及其侧根的长度和数量。每个指标共统计60株（每个重复20株）。
1.3生长素时空分布的测定
【论文关键词】葡萄糖；生长素分布；水稻根系
根系是作物吸收水分和营养物质的重 要器官。水稻的根系属于须根系，包括初生根 （种子根）、不定根及其侧根。根系的生长发育状况是由其内部遗传因子和外界环境因子共同调控的[1]。土壤和植物本身的营养条件在植物根系的生长发育过程 中具有决定性的作用。糖是植物体内重要的营养物质、能源物质和调节分子，在植物的生命活动过程中具有重要作用[2]。它参与植物营养器官和繁殖器官生长发 育、代谢及胁迫应答等众多过程的调节[3]。葡萄糖（glucose，G）是植物体内主要的糖源之一。近年来，就 G 在植物生长发育中的信号作用进行了研究，如不同浓度的 G 对根的形成和生长发育的调节存在差异，缺糖导致根系生长停滞、引起代谢和基因表达的变化，当 G 浓度高于5% 时则抑制根系的生长[4]。还有研究发现，高糖使叶片增大和增厚并且促进不定根的形成[5]。在水稻中发现一种短根突变体（srt5），该突变体在种子萌 发期间根的伸长受到抑制，当添加外源 G 后能解除这种抑制作用，但用外源甘露醇处理则无作用，说明水稻根的生长与糖有关[6]。生长素是植物体内调控植物生长发育的关键激素之一，是调节不定根与 侧根形成和发育的重要信号分子。在植物生长发育过程中生长素的极性运输和局部积累形成的时空梯度对器官的形成和生长至关重要[7]。研究表明，在植物根系 生长发育过程中 G 和生长素信号存在交互作用[8]，G 通过依赖于HXK1 代谢途径与生长素相互作用调控植物的生长发育[3]。利用拟南芥研究发现 G 通过影响生长素合成、运输及应答基因家族基因的表达与生长素信号发生相互作用，进而调节其根系的生长发育。G 浓度调节生长素极性运输，缺糖使生长素极性运输和积累减少，导致植物生长缓慢以致停滞[4]。G 调节生长素的合成与代谢，从而影响生长素的积累[9]。对玉米的研究也发现，G 调节其生长素合成基因ZmYUCCA的表达，说明 G 和生长素之间有密切关系[10]。笔者在前期报道了 G 在锌诱导根系生长中的作用[11]。目前，关于 G 在水稻幼苗根系发育过程中作用研究较少。本试验旨在通过分析 G 对水稻根系生长发育和生长素分布的影响，在生理水平上明确 G 与生长素信号在调节根系生长过程中的相互关系。1材料与方法
1.1材料与处理
以DR5-GUS 转基因水稻（Oryza sativa L.）中花 11 号 为材料，挑选籽粒饱满的种子去壳后消毒：75% 乙醇（30 s）、0.1% 氯化汞（15 min）、2% 次氯酸钠（20 min），用无菌水洗净。将种子分别植入含0、3%、5% 葡萄糖（glucose，G）和3%、5% 甘露醇 （mannitol，M）的MS 培养基上，置于培养箱内（光周期为14 h光照，光照强度为 200 μmol/（m2·s），温度 26 ℃，夜间10 h，温度 20 ℃；相对湿度为 50%～60%） 培养4～10 d后进行数据统计与分析。
G与生长素合成和运输对初生根生长的影响：在含0、3%、5% G 的MS培养基上分别添加10-8 mol IBA、10-6 mol TIBA，在上述同样条件下处理8 d。以上每种处理至少做3次重复，每次设置3个平行处理，每个重复用50株幼苗。
1.2根系生长统计
对根系生长的指标进行统计，包括初生根的长度及其侧根的数量和长度；不定根的数量、长度及其侧根的长度和数量。每个指标共统计60株（每个重复20株）。
1.3生长素时空分布的测定