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水稻根负向光性的研究 学生:钱善勤 导师:王 忠 专业:植物学. 光是对植物调控作用最广泛、最明显的环境因 子。光作为环境信号,对植物的器官发生、形态建 成、向性运动等方面都有深刻的影响。 光质 → 光受体 → 信号转导组分 → 光调节基因 → 光形态建成反应 植物光受体 1) 向光素 2) 隐花色素.

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Παρουσίαση με θέμα: "水稻根负向光性的研究 学生:钱善勤 导师:王 忠 专业:植物学. 光是对植物调控作用最广泛、最明显的环境因 子。光作为环境信号,对植物的器官发生、形态建 成、向性运动等方面都有深刻的影响。 光质 → 光受体 → 信号转导组分 → 光调节基因 → 光形态建成反应 植物光受体 1) 向光素 2) 隐花色素."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 水稻根负向光性的研究 学生:钱善勤 导师:王 忠 专业:植物学

2 光是对植物调控作用最广泛、最明显的环境因 子。光作为环境信号,对植物的器官发生、形态建 成、向性运动等方面都有深刻的影响。 光质 → 光受体 → 信号转导组分 → 光调节基因 → 光形态建成反应 植物光受体 1) 向光素 2) 隐花色素 3) 光敏色素

3 根的负向光性早在一个多世纪之前就有报 导, 但它对植物生长的意义还未见报导, Okada 和 Shimura 在对拟南芥研究后发现其根系具有负 向光性。我们在透明培养缸中培养水稻的根系, 发现水稻种子根、次生根及其分枝根都具有明 显的负向光性。同时我们也发现稗草等植物的 根也有负向光性。 在此基础上,我 们以水稻为主要材料, 研究了负向光性的机 理及其影响因素

4 1. 材料与方法 1.1 供试材料 供试的水稻( Oryza sativa.L )有扬稻 6 号 (籼稻),粳稻 941 (粳稻)与 “ 三粒寸 ” (籼 型大粒), “ 大力 ” (粳型大粒)。 前两个品种用来研究水稻次生根的负向光性, 而后面两个品种则是用来研究种子根的负向 光性。

5 1.2 实验处理的设置 ( 1 )用锡箔包裹法及切除法研究光信号的感受部位 ( 2 )将培养缸放到有透光玻璃的培养箱中研究温度 对水稻负向光性的影响 ( 3 )改变光源与稻根间的距离调节光强,在光源与 稻根之间插入滤光片来改变光质,研究光强和光 质对水稻根负向光性的影响 ( 4 )改变培养缸中溶液成分研究化学试剂对根生长 影响 ( 5 )将稻根负向光性弯曲部位制成树脂超薄切片, 并在光镜下观察根负向光性弯曲部位的显微结构 ( 6 )采用 ELISA 法测定水稻根尖的生长素含量

6 2 水稻根的负向光性 2.1 水稻次生根的负向光性反应 1 照光 0 h 2 照光 6 h 3 照光 12 h 4 照光 24 h 5 照光 36 h 6 照光 48 h

7 根据水稻根在断 光时垂直生长,侧 光照射时背光斜向 生长的特性,对生 长着的水稻根给予 定时的 ( 如 12h) 照光 和停止照光,则可 看到根的生长形状 呈现出锯齿状来 2.2 种子根的负向光性反应 连续侧光照射 间歇光照 (12h)

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9 1. 根冠的结构 2. 剥除不同量根冠的稻根根尖 A. 彻底剥除根冠; B. 未彻底剥除根 冠; C. 对照,未剥除根冠 3. 剥除根冠对水稻根尖负向性的 影响 发生倾斜生长的部位是根尖 对根尖遮光或切除根尖时,则不发生负 向光性反应。 剥除根冠而保留根尖分 生区和伸长区的根会失 去背光性反应。 感受光的部位是根冠

10 光质对稻根背光性的影响 用相同光强而不同光质的 光照射水稻根,发现在 400 ~ 720nm 波段的试验范围内,蓝 紫光 (400nm ~ 480nm) 对诱导 根背光生长最有效,黄绿光 (520nm) 对根的背光生长也有 效,而橙光和红光 (600nm ~ 720nm) 对诱导根背光生长无 效,从而推测诱导根背光生长 的光受体不是光敏素,可能是 蓝光受体。 光质对稻根负向光性的影响

11 IAA,CTK,TIBA 对扬稻 6 号负向光性的影 响

12 IAA,CTK,TIBA 对粳稻 941 负向光性的影 响

13 EDTA 对水稻根负向光性的影响

14 CaCl 2 对水稻根负向光性的影响

15 光照对水稻根尖生长素分布的影响 采用酶联免疫吸附分析 (ELISA) 方法测定稻根根尖生长 素的含量, 发现照光会引起根尖生长素发生不均等的分布, 照光侧生长素含量下降, 而背光侧生长素含量上升. 光强 (100 μmol·m -2 ·s -1 )

16 将稻根悬置于营养液气雾中。根尖一侧贴附含生长 素的琼脂块,发现根会向贴附含生长素一侧弯曲生长 含 5mg·L -1 生 长素的琼脂

17 3. 讨论 植物的向性运动一般包括三个基本步骤: 1 刺激感受, 即植物体中感受体接受环境中单方 向的刺激; 2 信号转导, 感受细胞把环境刺激转化成物理或 化学信号; 3 运动反应,生长器官接受信号后,发生不均 等生长,表现出向性运动。 水稻根尖的负向光性也是光信号传递过程,应 该包括这三个步骤。

18 前人的研究成果  Went (1928) 用生物测定法显示生长素活性的分布比率 为向光面 32% ,背光面 68% 。  Cholodny 和 Went 以燕麦胚芽鞘为材料研究发现,在单 侧蓝光作用下, IAA 向胚芽鞘的背光侧移动。根据这些 结果 Cholodny 和 Went 认为,植物的向光性反应是由于 光照后引起生长素浓度的差异分布而引起的。  Iino 以玉米为材料,对玉米胚芽鞘向光侧和背光侧的内 源生长素含量变化进行了分析,证实了单侧蓝光引起 生长素分布不均匀,从而使胚芽鞘产生向光弯曲。  Young 等人 1990 年报道 IAA 对向重性具有重要的作用, 在玉米幼根中的生长素由生长点先输入根冠。若将玉 米幼根平放,在重力作用下生长素最先在根冠内不对 称分布,根冠生长素浓度下侧大于上侧,不对称分布 的生长素再由根冠向后运输到生长部位,引起不均等 生长而导致向重性发生。

19 本试验的结果表明,稻根发生负向光性的 光感受部位是根冠,根冠中接受光信号的受体 可能是蓝光受体,而且生长素是水稻根负向光 性反应中重要的因子。 根冠是光感受部位的实验依据是: (1) 对根 冠遮光而对根尖其它部分照光时根不表现出负 向光性; (2) 剥除根冠而保留根尖其它部分时根 会失去负向光性; (3) 剥除根冠而保留根冠的原 始细胞时稻根在新根冠长出时会恢复负向光性。 Takahashi 等人也曾指出植物顶端 ( 茎尖或根尖 ) 是接受光后能向最适宜方向生长的部位。

20  光受体信号为蓝光 /UV-A 受体的依据是: 根的生长和负向光性反应与红光或远红光 无关,而显著地受蓝紫光诱导.  前人的研究己表明引起植物茎的向光性弯 曲的光为蓝光和紫外光,它们的光受体为 蓝光 /UV-A 受体,蓝光 /UV-A 受体的生色团 的吸收区在近紫外和蓝紫光区,有的生色 团也吸收绿光。现在已有研究证明向光性 反应的主要光受体是向光素。

21  而生长素在水稻根负向光性反应的重要作用的则可 以从试验中所采用的 IAA,CTK,TIBA 三种溶液的处 理,可以初步推断出生长素在水稻根负向光性反应 中的作用。此外在我们对水稻根采用 ELISA 测定的 结果也提供了有力的证据.  我们采用 ELISA 法测定水稻根向光侧与背光侧的生 长素含量,结果显示,照光前两侧的生长素含量相 当,而照光后,背光侧生长素含量比向光侧高出 2 - 4 倍,但两侧生长素总量则基本上保持不变。  通过我们的实验结果可知,水稻根在单侧光照的刺 激下,细胞中的生长素从受光侧向背光侧运输,造 成两侧的生长素差异,而使得根系负向光性弯曲。

22  生长素在细胞间运输是直接由生长素载体承担的。 研究表明生长素的胞间运输是由细胞中生长素输 出载体和输入载体的分布决定的。在拟南芥中已 经鉴定一种载体蛋白 PIN1 。  通过细胞免疫化学的方法可研究 PIN1 蛋白在细胞 中的分布和运动。用抑制剂布雷菲德菌素 A ( BFA )处理,不仅阻碍了 PIN1 蛋白的运动,破 坏了它们在质膜上的不对称分布,并使得它们在 细胞内膜上积累起来。当将 BFA 去除后, PIN1 蛋 白又会迅速恢复其正常分布。同样, BFA 处理抑 制了组织培养细胞中生长素的输出,也降低了幼 苗的伸长作用及其向重性弯曲运动。这些结果表 明了质膜上 PIN1 蛋白的分布情况会影响生长素的 输出。

23 产生负向光性产生的可能机理 A. 根冠中的光受体接受光信号诱发光信号转导。 B. 引起根冠和分生区之间的 IAA 重新分配,使向光侧 IAA 浓度 低于背光侧(另一种可能是光照后使向光侧 IAA 大量氧化学 系分解)。 C.IAA 浓度高时抑制根细胞的伸长,浓度低时促进根 细胞的伸 长。从而引起向光侧细胞长度大于背光侧细胞长度。

24 我们猜测向光性产生的机制有可能是水稻根冠细 胞细胞膜上的光受体接受光信号后,进一步激发 下游的信号转导,通过调控生长素输出载体的分 布使生长素产生极性运输,从而使生长素浓度在 向光侧和背光侧产生差异,由于生长素对细胞生 长的调控作用,使向光侧和背光侧的细胞发生不 均等生长而产生向光性或负向光性运动。当然这 其中也不排除在光照条件下生长素和生长抑制物 共同作用来调控植物的向光性反应。

25 谢谢!


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