【摘要】：向水性反應(yīng)是指植物根尖感受生長環(huán)境中的水勢梯度并向著水勢較高區(qū)域生長的生物學(xué)特性。這一特性對植物有效獲取土壤水分至關(guān)重要,自發(fā)現(xiàn)以來持續(xù)受到科學(xué)界的熱點關(guān)注。然而有關(guān)植物根尖向水性反應(yīng)的分子機理仍未闡明,甚至對于向水性反應(yīng)的一些基礎(chǔ)性科學(xué)問題尚未解決,如根尖向水性彎曲生長的細胞生物學(xué)基礎(chǔ)是什么?植物根尖受水勢梯度誘導(dǎo)而不對稱分布的信號分子是什么?本研究發(fā)現(xiàn)細胞分裂素對根尖向水性反應(yīng)起關(guān)鍵調(diào)控作用,水勢梯度誘導(dǎo)細胞分裂素在根尖分生區(qū)單側(cè)積累,從而特異的誘導(dǎo)細胞分裂素下游響應(yīng)調(diào)節(jié)因子ARR16及ARR17在根尖分生區(qū)水勢較低一側(cè)積累表達,致使該側(cè)根尖分生區(qū)細胞分裂活動加劇,產(chǎn)生更多的分生區(qū)細胞,誘導(dǎo)根尖朝向水勢較高一側(cè)彎曲生長。進一步運用生理及遺傳學(xué)實驗對細胞分裂素調(diào)控擬南芥根向水性反應(yīng)的信號傳遞途徑進行驗證:第一,體外施加的細胞分裂素梯度可以誘導(dǎo)擬南芥根尖細胞分裂素較高一側(cè)的分生區(qū)細胞分裂活動加劇并發(fā)生根尖向細胞分裂素較低區(qū)域生長的向性反應(yīng),說明向水性反應(yīng)過程中根尖水勢較低一側(cè)積累的細胞分裂素是向水性反應(yīng)的誘導(dǎo)物質(zhì);第二,通過誘導(dǎo)型啟動子誘導(dǎo)ARR16或ARR17在根尖的不對稱表達,發(fā)現(xiàn)以上基因的單側(cè)誘導(dǎo)表達均能加劇表達側(cè)分生區(qū)的細胞分裂,從而促使擬南芥根尖彎向另一側(cè)生長,說明向水性反應(yīng)過程中以上基因在根尖的不對稱表達是向水性反應(yīng)的分子基礎(chǔ);第三,突變體arr16 arr17的向水性反應(yīng)均顯著減弱,進一步驗證擬南芥根向水性反應(yīng)依賴于ARR16、ARR17的不對稱表達;第四,抑制細胞分裂素的合成或干擾根尖分生區(qū)的細胞分裂均能完全抑制擬南芥根尖向水性反應(yīng)但并不影響其向地性反應(yīng),說明根尖分生區(qū)兩側(cè)細胞分裂差異是向水性反應(yīng)的細胞生物學(xué)基礎(chǔ)。綜上所述,我們發(fā)現(xiàn)及證明了擬南芥根尖細胞分裂素的不對稱分布及其誘導(dǎo)的根尖兩側(cè)細胞分裂差異是向水性反應(yīng)的基礎(chǔ)。闡明了擬南芥根尖向水性反應(yīng)的基礎(chǔ)調(diào)控途徑,為提高作物水分利用率的應(yīng)用研究提供理論依據(jù)。
【圖文】：

蘭州大學(xué)博士學(xué)位論文 擬南芥根向水性反應(yīng)的機理研究12圖1-1 植物根向水性研究的實驗裝置示意圖（Dietrich, 2018）。（A）Sachs和Darwins.向水性研究中的實驗裝置示意圖。（B）Molisch在向水性研究中所用的實驗裝置示意圖。（C，E，F(xiàn)）空氣水勢梯度的向水性研究實驗裝置（C）及水稻根尖向

圖 1-2 細胞分裂素的合成途徑（Kieber and Schaller, 2014）Fig. 1-2 Proposed biosynthetic and metabolic pathway for cytokinins.期研究認為植物細胞分裂素在根尖合成后被運輸?shù)降厣喜糠终{(diào)節(jié)育，，之后的研究表明根和莖的很多細胞都可以合成細胞分裂素。裂素經(jīng)過木質(zhì)部以反式玉米素核糖苷的形式實現(xiàn)從根部到地上部過韌皮部實現(xiàn)從地上部分到根部的運輸。目前已發(fā)現(xiàn)的細胞分蛋白主要有三類：嘌呤通透酶（PUP），核苷平衡轉(zhuǎn)運蛋白（EN 結(jié)合亞基（ABCG）（Kudo et al., 2010; Girke et al., 2014; Borgh。研究表明 PUP 是定位在細胞膜上的嘌呤內(nèi)流通道，除了轉(zhuǎn)運細PUP 還可以運輸植物中的嘌呤、咖啡因、煙堿等物質(zhì)，即 PUP 并素特異的轉(zhuǎn)運蛋白（Girke et al., 2014）。ENT1 同樣定位在細胞的內(nèi)向轉(zhuǎn)運，而且研究表明 ENT 也不是細胞分裂素的特異轉(zhuǎn)運蛋mann et al., 2001）。2014 年，兩個研究組同時報道了細胞分裂素
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q945

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雨云冰，俞伯平;植物向水性的實驗改進[J];湖北中小學(xué)實驗室;1995年01期

2 ;根的向水性實驗演示介紹[J];生物學(xué)教學(xué);1987年04期

3 孫建;王小丹;程根偉;陳有超;范繼輝;;狼毒根系的向水性及其對河流侵蝕的響應(yīng)[J];山地學(xué)報;2014年04期

4 曹燕,常秀成;“探究根的向地性和向水性”一節(jié)實驗教學(xué)[J];生物學(xué)通報;2003年01期

5 嚴曉丹;;向水性研究進展[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué);2008年03期

6 王幸芬;水性聚氨酯分散體及其在功能性涂料中的應(yīng)用[J];上海涂料;1998年03期

7 潘友玉;;“根系分布具有向水性”的證明實驗[J];生物學(xué)雜志;1985年Z1期

8 ;師生互動臺[J];高中生之友;2005年03期

9 錢玉軍;植物根向水生長的實驗設(shè)計[J];小學(xué)自然教學(xué);1989年03期

10 吳國富,溫國琴,陳玉敏;“三效合一”驗證根的向性[J];生物學(xué)教學(xué);2004年08期

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 馬新福;學(xué)生較長時間實驗過程初探[N];中國教師報;2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 常金科;擬南芥根向水性反應(yīng)的分子機制[D];蘭州大學(xué);2019年

2 李松陽;水分與植物生長交互的建模與仿真研究[D];重慶大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 任艷;不同野生型擬南芥根系向水性的差異研究[D];福建農(nóng)林大學(xué);2015年

2 李楊;植物多分支根系向水性模擬研究[D];蘇州大學(xué);2017年

3 黃夢靜;擬南芥向水性突變體的篩選及其機理研究[D];揚州大學(xué);2013年

4 蔣奇峰;不同抗旱型玉米苗期根系性狀的遺傳分析[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2015年

本文編號：2688643