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环境因子对植物细胞(组织)生长的影响是植物生理学重要课题。物理刺激对生物体内遗传物质的作用,也是生物物理遗传学的一个重要方面。声波刺激对植物生长影响的研究越来越引起注意,现已发现它对植物生长发育过程中许多生理生化过程有明显的影响,但有关声波刺激对植物遗传物质的影响还很少有报道。本文主要就声波刺激对非洲雏菊遗传物质的影响作了初步的实验研究。
本文首先研究了在声波刺激对植物体内保护酶活性的影响。用100dB,1000Hz的强声波对菊花幼苗进行0,3,6,9,12,15天不同周期的刺激。结果表明,不同刺激周期的强声波均使非洲雏菊的超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)即保护酶系统活性增强,并且在刺激9天时,活性较其他组更高。保护酶系统可以消除植物组织中产生的自由基,避免其对植物细胞内的核酸和染色体产生危害,因此其活性的升高对植物的生长有重要意义。此外,在部分实验组的培养基中加入不同浓度的蛋白质合成抑制剂环己亚胺酮(CHM)后发现,POD和CAT的活性有所降低,暗示着声波处理使保护酶活性升高的原因可能是声波处理促进了细胞内酶的合成。
为了进一步考察声波处理是否引起了基因表达方式改变,对提取的过氧化物酶进行了聚丙烯酰胺凝胶电泳分析,发现声波处理各组的过氧化物酶同工酶酶谱的染色比对照组深,其中刺激9天的实验组尤为突出,并且各组酶谱酶带的百分含量也有所变化,但并没有出现新的酶带,这说明声波刺激有可能使植物细胞的部分基因表达发生了变化,尤其是表达量发生了改变。
以刺激9天的幼苗为刺激组,运用流式细胞术研究了声波刺激对菊花幼苗原生质体细胞周期的影响。结果表明刺激组与未经声波处理的对照组相比,G0/G1期细胞减少,S期细胞增多,说明声波刺激促进了细胞的生长,有助于细胞有丝分裂。
围绕中心法则分别测定了DNA、RNA和可溶蛋白质的含量,发现声波刺激组DNA含量变化不明显,而RNA和可溶蛋白质含量都有所升高,且以刺激9天的刺激组最为突出。这表明在强声波的作用下,有关应力响应的转录因子被启动,转录水平提高,从而翻译合成较多的蛋白质,促进了植物的生长发育。因此,我们认为声波作用没有导致遗传物质的变异,而是造成了基因的表达方式发生了变化,是细胞内部调节系统活动的结果,因而是不遗传变异,只是植物对外界环境的一种适应。