（植物学专业论文）盐生植物盐芥基础生理研究.pdf

独创声明 y5 9 8 8 5 5 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其 他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确说明并表示谢意。 学位论文作者签名：沁1 霪彖 导师签名：赴刁复 签字目期：2 。4 年中月日签字日期：2 0 0 4 年驴月功日 未经作耆、导师同意 全文公布 盐生植物盐芥基础生理研究 摘要 本论文主要研究和探讨了四个方面的问题： 1 ) 盐芥的研究进展：2 ) 盐胁迫下 盐芥生长、生理效应及耐盐机理探讨；3 ) 盐芥渗透调节物质及渗透调节能力的研究； 4 ) 探讨盐芥的抗氧化能力。 综述主要讨论了目前盐生植物盐芥的研究进展，包括：( 1 ) 盐芥的生物学特性； ( 2 ) 盐芥的表面蜡质；( 3 ) 盐芥成为抗性分子生物学研究模式植物的提出；( 4 ) 盐芥 基础生理研究；( 5 ) 存在的问题和对今后研究工作的展望。其中着重讨论了盐芥与模 式植物拟南芥在生物学特性、表面蜡质和遗传物质等方面的比较，尤其是盐芥成为抗 盐分子生物学研究模式植物的必然性。 对盐芥进行不同浓度盐处理，测定盐芥单株鲜干重、相对含水量、叶片肉质化程 度、根冠比、有机干重、无机于重。结果表明：( 1 ) 其单株鲜干重、相对含水量、肉 质化程度、根冠比都呈下降趋势。( 2 ) 地上部分有机干重下降，无机干重增加，而地 下部分有机干重、无机干重含量变化与地上部分比较正好相反。( 3 ) 根系活力呈上升 趋势。( 4 ) 在低浓度盐处理时硝酸还原酶活性显著增加，而在高浓度盐处理时，硝酸 还原酶活性又下降，但仍然高于对照。通过对盐芥生长状况有关指标分析表明盐芥不 是稀盐盐生植物；结合盐芥叶片表面扫描电镜观察分析显示，盐芥表面不存在具有泌 盐功能的盐腺或盐囊泡结构存在，所以它也不是泌盐植物。可能盐芥是通过基础生理 生化机制而耐盐的。 不同盐浓度处理条件下的盐芥，测定其地上部分、地下部分的各种无机渗透调节 剂和有机渗透调节剂含量，并计算各种渗透调节剂在不同条件下对渗透调节的贡献。 结果表明： n a + 、k + 、c l 一、n o 。一是盐芥最主要的无机渗透调节剂；可溶性糖、有机酸是 最主要的有机渗透调节剂。n a + x - r a y 微区分析表明液泡是盐芥积累有毒的n a + 最主要 的部位。 在盐芥抽苔期，用不同浓度盐处理，测定相关指标，包括单株生长量、苔茎叶和 根系的质膜透性、苔茎叶和根系m d a 含量、苔茎叶的超氧阴离子( 0 2 一) 含量，苔 茎叶活性氧消除系统中的超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 、过氧化氢酶 ( c a t ) 。结果表明：( 1 ) 5 0 硼o l l n a c l 处理后对盐芥生长有促进作用， 1 0 0 4 0 0 m m o l l n a c l 处理对盐芥生长有抑制作用，且随着处理浓度增加，抑制作用愈明 显；( 2 ) 5 0 1 0 0 m m o l l n a c l 处理后，盐芥的质膜透性与对照相比变化幅度不大，丙二 醛( m d a ) 、超氧阴离子( 0 2 一) 积累量与对照相比减少；2 0 0 4 0 0 m m o l l n a c l 处理后 盐芥的质膜透性增加，丙二醛( m d a ) 、超氧阴离子( 0 2 - - ) 积累量与对照相比亦增 加；( 3 ) 盐处理后活性氧消除系统中的超氧化物歧化酶( s o d ) 活性比对照低，但 1 0 0 m m o l l n a c l 处理时其s o d 活性明显高于5 0 m m o l l n a c l 处理的：而过氧化物酶 ( p o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 活性，在盐处理后呈上升趋势。说明低浓度的盐处理对 盐芥生长是有利的，活性氧及丙二醛含量( m d a ) 减少，而高浓度的盐处理后，活性 氧清除系统不能及时将活性氧类( 0 2 - ) 清除，从而导致活性氧的积累，引起质膜伤 害，m d a 积累，植株生长量降低。 总之，盐芥不是稀盐盐生植物，也不是泌盐盐生植物，其耐盐机理制可能是通过 山东师范大学硕士掌位论文 基础代谢的改变而进行的。盐芥不同生育期，适应盐渍环境的能力不同， 盐能力比苗期强：在抽苔期5 0 m m o l l n a c l 处理为最适宜生长盐浓度。 关键词：盐芥：渗透调节物质；渗透调节能力：耐盐机理；生长效应； 分类号：q 9 4 5 其抽苔期耐 抗氧化能力 苎兰竺竺苎塑苎竺竺堡! 墨 a b s t r a c t t h ep a p e rc o r v e r sf o u ra s p e c t s ：1 ) t h ea d v a n c e s o ft h er e s e a r c hi n t ot h e l l u n g i e l l a h a l o p h i l a ；2 ) s t u d yo fe f f e c t so fs a l tt r e a t m e a n to ng r o w t ha n ds a l t - t o l e r a n tm e c h a n i s m ；3 ) s t u d yo ft h eo s m o t i e aa n dt h eo s m o t i ca d j u s t m e n ta b i l l t yo ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a ；4 1 s t u d yo fe f f e c t so fs a l tt r e a t m e a n to ng r o w t h ，t h es y s t e mo fs c a v e n g i n gr e a c t i v eo x y g e n s p e c i e sa n dt h ea b l i l i t yo f a n t i o x i d a t i o no ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ai ni t sb u l t i n gs t a g e w er e v i e w e da n dd i s c u s s e dt h er e s e a r c ha d v a n c e so nt h eh a l o p h y t e7 舵l l u n g i e l l a h a l o p h i l af r o mt h ef o l l o w i n gf i v ea s p e c t s ：( 1 ) b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e l l u n g i e l l a h a l o p h i l a ；( 2 ) e p i c u t i c u l a rw a x e so ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i 肠；( 3 ) t h ep r e s e n t a t i o no ft h e i d e at h a tt h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ab e c o m e st h em o d e lp l a n to fs a l t r e s i s t a n c ei nt h es t u d y o fm o l e c u l a rb i o l o g y ；( 4 ) s t u d yo ft h eb a s i cp h y s i o l o g yo fh e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a ；( 5 ) t h e e x i s t i n gp r o b l e m sa n df u t u r ep r o s p e c t 1 1 1 ee m p h a s i sw a sp u to nt h ec o m p a r i s o nb e t w e e n t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l aw i t ha r a b i d o p s i st h a l i a n a i nt h e b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ， e p i c u t i c u l a rw a x e sa n dg e n e t i cm a t e r i a l ，e s p e c i a l l yo nt h en e c e s s i t yo ft h e l l u n g i e l l a h a l o p h i l ab e c o m i n gt h es a l t - r e s i s t a n c eo fm o d e ip l a n ti nt h es t u d i e so fm o l e c u l a r b i o l o g y t h ee x p e r i m e n tw a st ot e s tt h ei n d e x e so ft h ef r e s ha n dd r yw e i g h to fw h o l ep l a n t ， t h er e l a t i v ew a t e rc o n t e n to f w h o l e p l a n t ，t h es u c c l e n c ed e g r e eo f w h o l ep l a n t ，t h er a t i oo f r o o t s s h o o t s ，t h eo r g a n i cd r yw e i g h t ，t h ei n o r g a n i cd r yw e i g h t ，t h er o o t sa c t i v i t e sa n dt h e n i t r a t er e d u c t a s ea c t i v i t i e s t h er e s u l t ss h o w e d ( 1 ) t h ef l e s ha n dd r yw e i g h to fw h o l e p l a n t ，t h er e l a t i v ew a t e rc o n t e n to fw h o l ep l a n t ，t h es u c c l e n c ed e g r e e so fw h o l ep l a n t ，t h e r a t i oo fr o o t s s h o o t sa n dt h eo r g a n i cw e r ed e c r e a s e d ；( 2 ) t h eo r g a n i cd r yw e t g h to f s h o o t sw e r ed e c r e a s e da n dt h ei n o r g a n i cd r yw e t g h to fs h o o t sw e r ei n c r e a s e d ，w h i l et h e o r g a n i ca n di n o r g a n i cd r yw e i g h to fr o o t sw e r eo p p o s i t e ；( 3 ) t h er o o t sa c t i v i t i e sw e r e i n c r e a s e d ； ( 4 ) t h el o w e rs a l tc o n c e n t r a t i o nt r e a t m e n tm a d et h en i t r a t er e d u c t a s e a c t i v i t i e si n c r e a s ew h i l et h eh i g h e rs a l tc o n c e n t r a t i o nt r e a t m e n tm a d et h e md e c r e a s e ，b u t t 1 1 e va 1 1w e r eh i g h e rt h a nt h a to fc o n t r o ip l a n t s t h ea n a l y s i st h eg r o w t hj n d e x e so f t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a i n d i c a t e dt h a t 劢p l l u n g i e l l ah a l o p h i l ai s n ts a l t - d e h i t i o n h a l o p h y t e t h eo b s e r v a t i o no ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l al e a v e s s u r f a c eb ys c a n n i n g e l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) i n d i c a t e dt h a tt h e r ei sn os a l t g l a n do rb l a d d e ro nt h es u r f a c e o t h e l l “n g i e l l ah a l o p h i l a s oi ti s n j tr e c r e t o p h y t e p o s s i b l y , i t ss a l t - t o l e r a n c em e c h a n i s m i sb a s e do nt 1 1 em e t a b a l i s mo f t h eb a s i cp h y s i o l o g ya n db i o c h e m i s t r y t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l aw a st r e a t e dw i t l ld i 艉r e n ts a l tc o n c e n t r a t i o n t h ec o n t e n to f v a r i o u so r g a n i ca n di n o r g a n i co s m o t i c ai nt h es h o o t sa n dr o o t so ft h e l l u n g i e i l ah a l o p h i l a w e r ed e t e r m i n e dr e s p e c t i v e l ya n dt h e i rc o n t r i b u t i o n st ot h eo s m o t i ca d j u s t m e n tw e r e c a l c u l a t e d n a 十，f ，c l ，n 0 3 。w e r et h em o s ti m p o r t a n ti n o r g a n i co s m o t i c a ；a n ds o l u b l e s u g a ra n do r g a n i c a c i dw e r et h em o s t i m p o r t a n to r g a n i co s m o t i c a n a 干x - r a y m i c r o a n a l y s i si n d i c a t e dt h a tv a c u o l e si nt h em e s o p h v uc e l l so fl e a v e sa r et h em a i ns i t e s w h i c ha c c u m u l a t et o x i ci o n s t h e l l u n g i e l ah a l o p h i l a i ai t sb u l t i n g s t a g ew a st r e a t e dw i t hd i f f e ：r e n tn a c i c o n c e n t r a t i o n ，d e t e r m i n i n gr e l e v a n ti n d e x e s ，i n c l u d i n gt h eg r o w t ha m o u n ta n dt h eh e i i 曲t o fs i n g l ep l a n t ，t h en u m b e ro fb r a n c h e sa n di e a v e s ，t h em e m b r a n el e a k a g ea n dt h em d a c o n t e n to fs t e ml e a v e sa n dr o o t s ，t h es u p e r o x i d ea n i o n ( 0 2 一) c o n t e n to f s t e ml e a v e s ，t h e 3 山东师范大学硕士掌位论文 a c t i v i t i e so fs u p e m x i d ed i s m u t a s ea n dp e r o x i d a s e ( p o d ) a n dc a l a t a s e ( c a d t h er e s u l t s h o w e d ( 1 ) 5 0 m m 0 1 ln a c lt r e a t m e n tb e n e f i t e dt h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ag r o w t h b u t 1 0 0 - 4 0 0 m m 0 1 l n a c l i l l l l i b i t e d t h e l l u n g i e l l a h a t o p h i t a g r o w t h ；( 2 ) 5 0 1 0 0 m m 0 1 l n a c l t r e a t m e n tm a d em e m b r a n el e a k a g ec h a n g ei n s i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t l lt h ec o n t r o l p l a n t s ，t h ec o n t e n to fm a l o n d i a l d e h y d ea n ds u p e r o x i d ea n i o nd e c r e a s e dc o m p a r e dw i t h t h ec o n t r o lp l a n t s ；w h i l e2 0 0 4 0 0 m m o l 几n a c lt r e a t m e n tb r o u g h ta b o u tt h ei n c r e a s eo f m e m b r a n el e a k a g e ，c o n t e n to fm a l o n d i a l d e h y d ea n dr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e sa m o u n t c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1p l a n t s ；( 3 ) s a l tt r e a t m e n tl e dt ot h ed e c r e a s eo fs u p e r o x i d e d i s m u t a s ea c t i v i t i e s ( s o d ) c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lp l a n t ，b u tt h es o da e t i v i t i v e sw e r e h i g h e rw h e nt r e a t e dw i t h1 0 0 m m o l ln a c lt h a nw h e nt r e a t e dw i t h5 0 n m a o l ln a c l ；a n d t h ea c t i v i t i e so fp e r o x i d a s e ( p o d ) ，c a l a t a s e ( c a t ) w e r ei n c r e a s e da f t e rn a c lw a st r e a t e d w i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n i tp r o v e dt h a tl o w e rn a c lc o n c e n t r a t i o nt r e a t m e n tb e n e f i t e d t h eg r o w t ho ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a ，t h ec o n t e n to fr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e sa n d m a j o n d i a l d e h v d e ( m d a ) w a sd e c r e a s e d ；a n dt h en a c lb i g h e rc o n c e n t r a t i o nt r e a t m e n t ， t h es y s t e mo fs c a v e n g i n gr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ( r o s ) c o u n d n ts c a v e n g et h er e a c t i v e o x y g e ns p e c i e si nt i m e ，w h i c hi nt u r nc a u s e dt h ea c c u m u l a t i o no fr e a c t i v eo x y g e n s p e c i e s ( r o s ) a n dt h ed a m a g eo fm e m b r a n e ，w h i e hc a u s e dt h ea c c u m u l a t i o no fm d a ， s ot h eg r o w t ho ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l aw a si n h i b i t e d i ns h o r t t h ea d a p t i v ea b i l i t i e st oe n v i r o n m e n ti sd i t i e r e n ta c c o r d i n gt oi t sd i f i e r e n t s t a g e s 5 0 m m o i ln a c ii st h eo p t i m a ln a c jc o n c e n t r a t i o nf o rg r o w t hi ni t sb u l t i n gs t a g e t h es a l t t o l e r a n ta b i l i t i e si ni t sb u l t i n gs t a g ea r es t r o n g e rt h a nt h a ti n i t ss e e d i n gs t a g e t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ai sn e i t h e rs a l t d e l u t i o nh a l o p h y t en o rs a l t - s e c r e t i o nh a l o p h y t e i t s s a l t t o l e r a n c em e c h a n i s mi sb a s e do nt h em e t a b a l i s mo ft h eb a s i cp h y s i o l o g ya n d b i o c h e m i s t r y k e yw o r d s ：t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a , o s m o t i c a , o s m o t i ca d j u s t m e n ta b i l i t y , s a l t t a l e r a n t m e c h a n i s m ，g r o w t h ，t h ea b i l i t yo f a n t i o x i d a t i o n c a t e g o r yn u m b e r ：q 9 4 5 4 盐生植物盐芥基础生理研究 盐生植物盐芥的研究进展 摘要 本部分综述和讨论了目前盐生植物盐芥的研究进展，包括：( 1 ) 盐芥的生物学 特性；( 2 ) 盐芥的表面蜡质；( 3 ) 盐芥成为抗性分子生物学研究模式植物的提出：( 4 ) 盐芥基础生理研究：( 5 ) 存在的问题和对今后研究的展望。其中着重讨论了盐芥与模 式植物拟南芥在生物学特性、表面蜡质和遗传物质等方面加以比较，特别是盐芥成为 抗盐分子生物学研究模式植物的必然性。 关键词：盐芥表面蜡质模式植物 a d v a n c e si nt h es t u d i e so nt h eh a l o p h y t et h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a a b s t r a c t i nt h i sp a r tw er e v i e w e da n dd i s c u s s e dt h er e s e a r c ha d v a n c eo nt h eh a l o p h y t e t h e h u n g i e l l ah a l o p h i l af r o mt h ef o l l o w i n gf i v ea s p e c t s ：( 1 ) b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h e u n g e ah a l o p h i l a ；( 2 ) e p i c u t i c u l a rw a x e so ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a ；( 3 ) t i l e p r e s e n t a t i o no ft h e i d e at h a t t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ab e c o m e st h em o d e lp l a n to f s a l t - r e s i s t a n c ei nt h es t u d yo fm o l e c u l a rb i o l o g y ；( 4 ) s t u d yo nt h eb a s i cp h y s i o l o g yo f h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a ；( 5 ) t h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n df u t u r ep r o s p e c t t h ee m p h a s i sw a s p u to nt h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l aw i t ha r a b i d o p s i st h a l i a n ai nt h e b i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，e p i c u t i c u l a rw a x e sa n dg e n e t i cm a t e r i a l ，e s p e c i a l l yo nt h e n e c e s s i t yo ft h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ab e c o m i n gt h es a l t - r e s i s t a n c eo fm o d e lp l a n ti nt h e s t u d i e so fm o l e c u l a rb i o l o g y k e yw o r d s ：t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l ae p i c u t i c u l a rw a x e s m o d e lp l a n t 盐生植物( h a l o p h y t e ) 是植物界的一个小的植物类型，其主要特点是具有较强 的抗盐能力，可以在盐渍环境中生长，并完成生活史，是盐渍化土壤上的天然植物 区系。它们常常生活于渗透势在3 3 m p a 以下( 相当于7 0 m m o l l 。n a c i 以上) 的土 壤环境中【s 5 1 。全世界共有盐生植物1 5 6 0 余种( a r o n s o n1 9 8 9 ) 8 6 1 * 据我国植物学家 及我们近几年的调查统计中，我国的盐生植物有4 0 0 余种，约占盐生植物种类的四 分之一，显然，我国是一个拥有种类繁多的盐生植物的国家。 盐生植物的研究，近十几年来逐渐引起人们的重视，其原因是：世界人v i 增长 超过粮食增长速度，世界耕地面积由于次生盐渍化和沙漠化以及工业发展和城市扩 大速度加快而加速减小，世界淡水资源匮乏，存在于世界上的大面积盐渍土地亟待 开发利用，以及盐生植物具有很大的利用潜势口1 。赵可夫教授比较详细而全面地阐 述了盐生植物在食品原料、饲料、药物、纤维原料、鞣料、观赏方面的价值i l l ：还 进一步谈到了盐生植物在改良盐碱土地中的作用；在盐碱地种植盐生植物所带来的 经济效益：替代灌溉地区不适应的作物品种等。因此亟待开发和研究盐生植物的资 源具有非常重要的现实意义【”。研究盐生植物的资源，必需从众多的盐生植物类群 中选择合适的研究材料进行基础生理和分子生物学的研究。近几十年来关于盐生植 物的耐盐机理研究的报道很多【1 ，6 9 ，7 州，但至今仍有许多问题未能解决，比如在盐生 植物中确定耐盐性的关键基因，通过遗传学或分子生物学方法将关键的耐盐基因导 入作物中，获得抗盐的转基因经济作物，提高作物的耐盐性和产量。最近在十字花 科中发现t h e l l u n g i e l l ap a r v u l a 和t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a 耐盐性强，尤其是 山东师范大掌硕士掌位论文 t h e l l u n g i e l l a h a l o p h i l a 和模式植物拟南芥的亲缘关系非常近，所以有的研究者提出盐 芥为耐盐性研究的拟南芥 6 8 , 6 9 , 7 3 , 7 4 】。 1 盐芥的生物学特性 1 1 盐芥的形态特征、分布 盐芥为十字花科，盐芥属【l j 。a l s h e l h a z 7 6 1 和r o l l i n s 7 7 1 等将盐芥属作为拟南芥 的异名。然而b u s c h 口9 】及a l s h e l h a z 和o k a n e 【7 8 8 0 】又承认盐芥属的存在，认为尽管 盐芥和拟南芥的亲缘关系非常近，但不是拟南芥属，两者之间不能杂交。所以对于盐 芥分属，不同的分类学家，因划分的依据而不同。盐芥的全生育期长与拟南芥的类似， 约2 5 个月川。盐芥植株大小、形态特征和发育特性与拟南芥非常相似，但也有明显 的不同特点。盐芥为一年生草本，株高1 0 3 5 c m ，表面无毛。茎自基部分技，分枝铺 散或外倾；基生叶莲座状，宿存，窄倒卵形，边缘有齿或羽裂【1 】( 而拟南芥为全缘) ； 茎生叶无柄，基部箭形抱茎。花序伞房状，果期伸长：萼片卵圆形，绿色，四枚，长 约1 5 2 m m ，膜质边缘为白色；花瓣白色，长圆状倒卵形，四枚，长2 5 3 5 m m ；六 枚雄蕊，一枚雌蕊。长角果长1 2 1 5 m m ，略弯曲。种子黄色，卵圆形，约长0 5 m m 。 花期6 7 月，结实率高，单株产种子数高达4 0 0 0 8 0 0 0 粒【6 8 1 。在我国主要分布吉林、 河北、内蒙古、山东、江苏、河南等省盐碱地土壤上【l 】。 1 2 低温、日照时间长度对盐芥开花的影响 盐芥由营养生长过度到生殖生长与拟南芥相比，必需经过一个低温春化作用【6 8 】， 无低温处理盐芥一直维持营养生长，呈莲座状( 赵可夫未发表资料) ；低温加速春化 作用，开花提前；盐芥春化所需最短的低温处理时间约三个星期 6 8 1 ：一旦通过春化作 用，很快现蕾抽开花 6 8 】。至于盐芥开花对日照时间长度的要求未见相关报道。 2 盐芥表面蜡质 2 1 盐芥与拟南芥植株表面蜡质的分布、含量及成分 曾报道t h e l l u n g i e l l a p a r v u l a 、t h e l l u n g i e l l ah a l o p h i l a 和a r a b i d o p s i st h a l i a n a ( 拟南 芥) 具有相近的亲缘关系【6 。比较它们植株表面蜡质，拟南芥植株表面基本上是光 滑的矧，而t p a r v u l a 和r h a t o p h i t a 植株表面不同与拟南芥，产生灰白色物质例。 通过扫描电镜( s e m ) 分析表明：赫芥植株表面有密集蜡质晶体，拟南芥表面无蜡质 晶体存在。 t e u s i n k r s 报道在t p a r v u l a 和t h a l o p h i l a 茎秆的表面比拟南芥茎秆表面蜡质晶体 多，而t p a r v u l a 茎秆表面的蜡质分布最密且晶体最大：t h a l o p h i l a 茎秆的蜡质晶体比 拟南芥的大 7 5 1 。z p a r v u l a 茎秆的表面蜡质层最厚，在水平方向的表面上比其它两种植 物的大。 至于这三种植物叶片蜡质晶体的形成时期和含量明显不同，拟南芥c 2 4 生态型整 个发育过程中叶片保持光滑，其叶片近轴端或远轴端表面无可见的蜡状晶体产生。 t h a l o p h i l a 生长1 0 周后的光滑叶片有少量蜡质，利用s e m 可以测定叶片近轴端或远 轴端的表面的蜡质( t e u s i n kr s 未发表资料) ；经低温处理诱导现抽开花后，生长1 6 周的植株其叶片很快呈灰白色，在叶片近轴端或远轴端的表面产生不规则的蜡质；但 生长1 6 周的植栋叶表面存在的蜡质分布和含量差异大，有些叶片样品只有少量蜡质 晶体，有些则在其表面很厚的蜡质( t e u s i n kr s 未发表资料) ；对这些表面有少量和 具有厚厚蜡质的两种叶片扫描分析表明：t h a l o p h i l a 的蜡质晶体都在叶片突出部分形 成，并从这些部位产生的蜡质是直立向上突出，且蜡质晶体长成后其高度大于宽度； 一旦开花，莲座期( 1 0 1 6 周期间) 生长的叶片很快衰老；利用s e m 分析同时也表明： 经低温处理约生长期为2 0 周的t h a t o p m z a 植株长出叶片蜡质含量，高于比开花前长 出蜡质含量最多叶片，蜡质分布也非常稠密；低温对于盐芥蜡质诱导形成是否是必需 6 盐生植物盐芥基础生理研究 的条件尚无定论【7 “。相比而言t p a r v u l a 约8 周的植株其上部新生叶呈灰白色，具有 和其茎秆一样的密集的块状蜡质晶体。无证据显示这两种植物叶片的近轴端或远轴端 的蜡质形态上有不同。 拟南芥c 2 4 生态型茎秆上的表面蜡质总量与t h a l o p h i l a 和t p a r v u l a 的差异大， 且蜡质的组分也不同，t h a l o p h i l a 和t p a r v u l a 与拟南芥相比烃类含量非常高而单元醇、 二元醇、酮类等含量低。t h a l o p h i l a 和t p a r v u l a 叶片蜡质的总量分别是拟南芥c 2 4 生态型的7 4 及2 4 1 倍多。通过气相层析和色谱分析法( g c m s ) 分析表明：就分布 在这三种植物表面的蜡质组成成分有酸类、醛类、醇类、烃类、酮类、酯类等【7 5 ，8 ”。 2 2 蜡质的分子生物学研究 叶片表面蜡质与植物抵抗各种环境胁追如干旱、病原菌和各种植食性昆虫有关 8 1 1 。叶片作为晟基本光合作用的器官、构成了大多数农作物和园艺作物根本的生物 产量，但经常被害虫和其它环境的胁迫所伤害1 7 ”，因此，发展一种新的研究方法以 便鉴定叶片蜡质合成的基因，并以此最终提高作物产量。拟南芥是一种重要的分子遗 传学研究的模式植物，是因为它具有一些适合实验室研究的独特特征如植株矮小、生 活周期短、已知高等植物基因组中它的基因组最小( 1 2 5 m b ) 、易转化、基因组序列 己知。利用拟南芥材料进行诱变的方法来分析表面蜡质合成基因已有相关报道 1 8 1 , 8 8 , 8 9 , 9 0 , 9 1 , 1 0 0 ，但利用肉眼很难区分拟南芥蜡质突变体与野生型，又因为t h a l o p h i l a 和z p a r v u l a 叶片蜡质的总量分别是拟南芥c 2 4 生态型的7 4 及2 4 1 倍多，所以利用 盐芥为研究材料来分析表面蜡质合成基因及合成途径将具有更为广泛的意义i ”j 。 盐芥诱变将可能产生许多光滑叶片突变体，所以很容易直观上在灰白色的野生型 中检测出诱变群体，并且以此提供一种比较简便的方法鉴定叶片蜡质基因1 7 引。如果 在叶片、茎秆或两种器官上同时进行蜡质基因突变，所产生的突变体将可形成一个诱 变群体，那么盐芥叶片和茎秆蜡质基因及其控制蜡质合成调节途径的基因，也有可能 被鉴定。至于成功克隆的蜡质基因，只有伍咒乒9 2 19 3 9 4 , 9 5 1 、c e r 0 4 9 8 】和钇，9 7 1 也有可 能它们是蜡质合成途径的调节基因。 一些盐芥属的种有极强的耐旱能力，暗示与抗旱有关的蜡质基因有可能同样地被 筛选出来。很有可能越抗旱的盐芥品种，更大程度的改变其表面蜡质，与改变拟南芥 表面蜡质层相比易存活( 7 ”。如果是这样诱变方法能产生许多突变体，盐芥蜡质突变 群体将比拟南芥的大并且在蜡质基础生理研究上有更重要意义悄“。目前，在其生 长的本土上被发现的盐芥和小盐芥及十字花科其它品种，它们当中许多具有蜡质的被 膜，并都显示出极端适应性【7 ”。在分子生物学上，利用t h a l o p h i l a 和t p a r v u l a 研究 蜡质合成、调节等基础生理方面几乎未见相关报道1 7 ”。 3 盐芥成为抗性分子生物学研究的模式植物的提出 3 1 模式材料的提出 曾经利用许多种植物材料来研究植物的生物学特性。在供试的植物中通常考虑到 植物的遗传潜势、发育的复杂性、生化特性或这几方面的综合特性；也有一些被作为 研究材料是其拥有重要的经济利益如贮存物质的合成，而贮存物质的合成是与植物形 态、发育的特征( 包括果实和种子发育) 相关。如玉米 1 0 1 】、水稻1 1 0 2 1 等作为研究的模 式植物就是基于其经济价值的原因。有些植物种类不具备经济价值仍然被选为实验材 料，是因为它们具备特有的发育和表型特征，并且是基础理论研究突破所必需的，能 为作物型模式植物提供相关及潜在的应用价值【6 。 从倍受重视的遗传研究进展的角度上，成功探究遗传上的模式材料概念已经变 成我们每天文化和政治意识。遗传上的模式材料始于如大肠杆菌和噬大肠杆菌体、酵 母、果蝇和玉米。遗传学奠基人孟德尔说道：“如果希望从一开始避免由于冒险而产 山东师范大学硕士学位论文 生有疑问的结果，那么必需尽可能仔细挑选适合实验目的的植物材料。”【82 8 3 】豌豆 的自花授粉，盂德尔的聪明才智，再加上他的细致分析和合理的推理，提出了遗传“因 子”的假说畔】。模式植物材料在过去直至现在在揭示许多重要的遗传学原理方面起 重要作用【6 8 】。 3 2 抗盐生理、分子生物学研究模式植物材料的提出 有许多种植物被用于研究植物耐盐的生理反应，但是从遗传学和分子遗传学角 度研究盐胁迫反应的种类很少。主要为一些藜科( 如滨藜、甜菜、毕氏海蓬子、碱蓬) 、 禾本科( 如玉米) 和冰叶日中花【”。“。关于冰叶日中花的生长、发育、盐胁迫反应 存在大量的转录群体和一系列有说服力的数据。现在利用任何盐生模式植物种类，需 考虑其耐盐性和类似拟南芥生物学特征这两方面的因素，以便在分子生物学研究中便 于经验和技术的积累。虽然拟南芥为种典型的甜土植物，它耐盐性不强，然而这种 模式植物本身的优势，使它成为研究耐盐机理的材料。实际上利用拟南芥了解耐盐机 理已取得重要进展。近几年许多研究表明：拟南芥中可能含有许多重要的基因类型， 其中之一可能在盐生的、抗盐、或嗜盐植物中影响它的耐盐性【68 。6 9 】。现在推测盐生 植物在利用耐盐因子及耐盐机理调节途径上，和甜土植物非常相似，而在