五种豆科植物感夜运动的解剖学基础及大豆感夜运动相关离子通道基因表达研究

来源 :山西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MANYE28
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植物感夜运动是指许多豆科(Leguminosae)和酢浆草科(Oxalidaceae)植物的叶片白天开展、晚上闭合的昼夜节律性运动。植物叶片运动是由于叶枕远、近轴两侧皮层运动细胞的膨压发生不同变化而引起的。感夜运动现有的研究主要是一些植物的叶柄及叶枕的解剖结构、水通道蛋白和相关离子通道蛋白,如含羞草(Mimosa pudica)、菜豆(Phaseolus vulgaris)和雨树(Samanea saman)。而豆科中其他植物感夜运动的机理却少有研究,如大豆(Glycine max)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、合欢(Albizia julibrissin)、紫苜蓿(Medicago sativa)和决明(Senna tora)。大豆是中国重要的粮食作物之一,紫苜蓿以“牧草之王”著称,不仅产量高,而且草质优良,各种畜禽均喜食,刺槐、合欢和决明均有观赏价值和药用价值。故本研究以大豆、刺槐、合欢、紫苜蓿和决明为研究材料,通过植物解剖学探讨五种植物感夜运动的结构基础;通过不同光照时间探究生物钟对植物叶片感夜运动的调控;不同光质对植物叶片感夜运动的影响;以及通过分子生物学实验鉴定影响大豆感夜运动的相关离子通道。研究结果如下:(1)大豆、刺槐、合欢、紫苜蓿和决明这5种植物叶柄的显微结构都由单层且排列紧密的表皮细胞、不发达的皮层细胞以及散生的维管束组成。散生的维管束可以更好地起到支撑植物体的作用。5种植物的叶枕都具有显著的结构特征,如皮层细胞组织较为发达、中央维管系统趋于退化以及大量的胞间连丝贯穿于维管束和皮层之间。这些结构特征是实现叶片快速运动的前提。(2)在16 h光照8 h黑暗的条件下,5种植物叶片昼开夜合,具有昼夜节律性。在连续24 h光照条件下,即使ZT16(开始黑暗处理)后没有进行黑暗处理,植物叶片也会开始闭合。大豆、刺槐和紫苜蓿叶片闭合的最小角度约为90°,是叶片展开角度最大值的一半,合欢和决明叶片能够基本完全闭合。结果表明,不同的光质可以重置生物钟,如白光、蓝光和远红光能使植物叶片提前展开,白光效果最好,其次是蓝光和远红光。黑暗和红光都能促使叶片提前闭合,黑暗效果最好,其次是红光。(3)Gm SLAH1的启动子存在大量与光响应和调节相关的作用元件,如G-box、I-box以及TCT-motif等作用元件。Gm SLAH1在大豆叶枕中的表达量远高于叶片和叶柄中的表达量,具有明显的组织特异性。Gm SLAH1在ZT0(开始光照处理)时表达量最高,具有昼夜节律模式;与Gm SLAH1相比,Gm SLAH3在叶枕中的表达量较低,无明显的组织特异性;Gm SKOR在大豆叶枕中的表达量最高,具有明显的组织特异性。Gm SKOR在ZT0时表达量最高,且具有昼夜节律模式;Gm LHY的启动子中也存在大量光响应元件,其表达量凌晨积累,白天降低,是大豆生物钟的关键基因。综上所述,Gm SLAH1和Gm SKOR是参与大豆叶片感夜运动的离子通道,Gm LHY是大豆生物钟的关键基因。
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