差异光周期下野牛草相连克隆分株生理代谢节律同步化

摘要

生物钟与环境周期性节律变化保持同步，是生物在地球上赖以生存和发展的基础。迄今，与生物钟相关的生理代谢调节机制尚不明确。生物钟感知外界环境变化后，何时能够并且如何实现与外源信号节律的同步化等方面研究也未有突破性进展。利用克隆植物相连分株存在生理整合机制，通过对目标分株施加差异光周期处理，实时监测两分株生长代谢同步化进程，有效突破单株难以获得理想生物节律突变体的局限，为探索植物生物钟重置规律，进行解析生物节律调控机理提供全新模式;也为调控植物生长发育和高效引种育种提供理论指导。 本研究以野牛草相连克隆分株为材料，每隔4小时测定两相连分株分别在相同光周期(12L/12D～12L/12D)干预和差异光周期(12L/12D～12D/12L)干预条件下叶片可溶性糖(SS)含量，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性，以及吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(Gas)、脱落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)含量，通过分析各分株生理生化指标动态变化规律，在明确野牛草自由运行状态下昼夜节律时长和相位等参数的基础上，探索两相连分株生物节律同步化规律及生理代谢调控机制。获得主要结论如下: (1)野牛草相连分株的生理生化代谢节律与环境光暗周期节律具有一致性和稳定性。相同光周期(12L/12D)培养7天，野牛草相连克隆分株叶片SS含量和SOD、POD、CAT活性水平变化呈现昼夜节律性模式，且其波峰、波谷分别出现在每天的20时和8时;IAA和ABA含量变化也具有近似昼夜节律现象。移入持续光照环境(12L/12L)中培养，野牛草相连克隆分株的各生理生化指标仍能维持原节律性不变。 (2)克隆植物野牛草相连分株之间能够通过光周期信号的感知和传递，实现差异光周期下生理代谢节律的同步化。将光周期为12L/12D下生长的两个野牛草相连克隆分株（姊株和妹株）分别移入相反的光周期处理（12L/12D和12D/12L），即姊株仍处于12L/12D的光周期下，妹株处于12D/12L的光周期下，发现妹株叶片中SS、IAA、ABA含量和SOD、POD、CAT活性变化趋势与正常光周期下的姊株变化趋势相反，即姊株的SS、IAA含量和SOD、POD、CAT活性变化仍维持正弦波动规律，而妹株则近似余弦波动规律。随着处理时间的延长，除POD外，妹株叶片中的SS、IAA、ABA含量和SOD、CAT活性波动逐渐趋于正弦变化，并最终形成与姊株一致的节律性变化。 综上，野牛草作为匍匐茎型克隆植物，其相连克隆分株的可溶性糖、IAA、ABA和抗氧化酶等代谢节律表现出与环境光暗周期节律具有一致性，并能维持相对稳定性;相连分株之间能够通过光周期信号的感知和传递，实现差异光周期下生理代谢节律的同步化。从而为揭示克隆植物对异质环境的适应机制提供理论依据，为克隆植物的育种与栽培提供指导。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 植物生物节律相关概念

1．2．2 植物生物节律研究进展

1．2．3 克隆植物相关概念

1．2．4 克隆植物生理整合研究进展

1．2．5 研究评述

1．3 研究目标及主要研究内容

1．3．1 关键的科学问题与研究目标

1．3．2 研究目标

1．4 研究技术路线

第二章 野牛草生理生化代谢昼夜节律

2．1 材料与方法

2．1．1 材料

2．1．2 方法

2．2 结果与分析

2．2．1 野牛草姊妹分株碳水化合物含量的日变化

2．2．2 野牛草姊妹分株内源激素含量的日变化

2．2．3 野牛草姊妹分株抗氧化酶活性的日变化

2．3 小结与讨论

第三章 差异光周期下野牛草相连分株生理生化代谢响应

3．1 材料与方法

3．1．1 材料

3．1．2 方法

3．2 结果与分析

3．2．1 差异光周期下野牛草姊妹分株碳水化合物含量的日变化

3．2．2 差异光周期下野牛草姊妹分株内源激素含量的日变化

3．2．3 差异光周期下野牛草姊妹分株抗氧化酶活性的日变化

3．3 小结与讨论

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．1．1 野牛草相连克隆分株生理生化代谢节律

4．1．2 差异光周期下野牛草相连克隆分株生理生化代谢节律同步化

4．2 展望

参考文献

致谢