植物多聚ADP核糖聚合酶抑制剂在改善植物性状中的应用

摘要

本发明属于植物学与农业技术领域，具体涉及植物多聚ADP核糖聚合酶抑制剂在改善植物性状中的应用。本发明所述的多聚ADP核糖聚合酶抑制剂，包括：3-AB，BA等，所述改善植物性状是指能够促进植物根系生长并能提高植物对干旱逆境耐受性等。植物施用这些抑制剂后，根系生长更为发达，表现为根系增多，苗期鲜重增加；不仅如此，植物也表现出更强的耐干旱能力。本发明可用于促进植物根系生长并增强其耐旱能力。

说明书

技术领域

本发明属于植物生物学和农业技术领域，具体涉及植物多聚ADP核糖聚合酶抑制剂在 改善植物性状中的应用。

背景技术

干旱是我国主要的自然灾害之一，干旱往往导致农作物的大规模减产，是限制农作物 粮食产量的重要环境因素之一。为了减小干旱年份作物产量的损失，有效地利用有限的水 资源，提高作物的抗旱性一直是农业科学技术研究的主要目标之一。抗旱育种目前主要是 通过杂交育种或者转基因育种培养抗旱品系来达到，目前我国在这方面已经投入大量资 金，但见效较慢，而且对于每一个物种来说，由于植物生理形态差异以及种植条件差异， 都需要投入相应的研究力量来展开研究，较为耗时耗力，因此发展抗旱育种上的新思路和 新方法很重要(liu et al.，2006)。

强壮发达的根系可提高作物的吸水能力，降低干旱的危害，因此根系发达程度常作为 抗旱性鉴定指标。根系发达程度如胚根数、根数、根干重、根长、根粗、根重、根的分布、 密度、根冠比等可作为抗旱指标(景蕊莲等，1995；张爱良等，1997)。除了吸收水分与 营养外，根系还具有合成及分泌功能等。根系能分泌有机酸、酶、生物碱等物质，对土壤 中矿物质、肥料的有效性产生深远影响；能影响根际微生物的种类和数量；还能对土壤的 重金属离子以及其它有机污染物进行环境修复。

本发明提供了一类可以促进植物根系生长并增强抗旱能力的新物质3-AB及其类似物， 它们是植物多聚ADP核糖化聚合酶[Poly(ADP ribosyl)Polymerase]的抑制剂，3-AB处理 后植物的冠根和侧根生长旺盛，总根数增加，不仅如此，植株的生物量(鲜重)也同时增 加了。对植物进行抗干旱能力测定还发现3-AB帮助植物提高了抗旱能力。3-AB的结构类 似物具有相似活性。本发明可应用于农业生产上促进植物根系生长以及增强植物抗旱性， 使用方便、效果明显，应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的是提供植物多聚ADP核糖聚合酶抑制剂在改善植物性状中的应用。

本发明所述的植物多聚ADP核糖聚合酶的抑制剂，包括：3-AB，BA等，所述改善植 物性状是指能够促进植物根系生长并能提高植物对干旱逆境耐受性等。

本发明首先提供了一种小分子化学物质，它具有刺激植物侧根生长的作用，其中文名 为：3-氨基苯甲酰胺，英文名为：3-aminobenzamide，分子量为：136.15，该物质又可被 简称为3-AB。

本发明提供这种物质处理植物的方法为：将所述抑制剂(如3-AB)配制成水溶液，在 植物苗期时将所述抑制剂(如3-AB)加在培养液或培养基中，终浓度0.5mM-2mM，或者滴 灌在植物根部周围的土壤中，浓度约1mM-3mM，每隔4--6天滴灌一次，一段时间后(20-30 天)观察植物的根系，可以发现处理过的植物有明显发达的根系(图1，图3，图4)，不 仅如此，苗期植物的地上部分以及地下部分的鲜重也有所增加(图1，图2)。

本发明还提供所述抑制剂(如3-AB)在提高植物抗干旱能力上的应用。具体如下：将 植物(如拟南芥等)生长在土壤中，在植物移栽后施用所述抑制剂(如3-AB)的水溶液， 浓度1.5-2.5mM，每隔4--6天施用一次，共3-5次，待植物长到一个月以后进行干旱实 验，发现经所述抑制剂(如3-AR)处理过的植物耐旱性明显增强，干旱三周后未处理的植 物几乎已死亡，而处理的植物仍然存活。恢复浇水后，经处理的植物能很好恢复，而对照 植物已经死亡(图5)。

采用上述类似的处理方法，本发明还进一步发现3-AB的类似物BA(中文名：苯甲酰 胺)等具有与3-AB相类似的促进侧根生长的活性，这些类似物都为植物多聚ADP核糖聚 合酶(PARP)的抑制剂，它们可能通过抑制PARP的活性来促进植物的根系生长(图2)。

本发明所述3-AB溶液处理不同植物包括拟南芥、烟草、玉米等有最佳施用浓度，如 拟南芥为1mM，烟草为2mM，玉米为1mM。

本发明中所采用的试验植物仅为代表和应用举例，本发明内容并不限于只应用于这些 植物。还应注意，本发明所声明的具有促根抗旱作用的物质包括一类可以抑制植物PARP 活性的物质，无论这种抑制剂是目前已知的还是未知的。

使用者可以利用3-AB及其衍生物或者类似物来处理植物，获得促侧根增多和抗旱的 效果，或者合成一种新的比现有物质成本更为低廉但结构或功能类似的物质来行使作用。 在使用此物质时使用浓度和处理时期特别重要，如果浓度过高，可能有抑制生长的负作用， 对于不同植物，最佳使用浓度会有差别；在对植物施用时应注意，使用时期不能已超过植 物侧根发育的最佳时期。

附图说明

图1：3-AB促进拟南芥的侧根生长对比图示。其中，A.拟南芥消毒后撒种到不含或 含有1mM 3-AB的1/2MS培养基上，生长20天后拍照。由图中可看出1mM 3-AB明显促进 了拟南芥侧根的生长和发育。B.3-AB处理和未处理的拟南芥在1/2MS培养基上生长20 天后的根叶数目统计比较。C.3-AB处理和未处理的拟南芥苗、根及地上部分鲜重统计对 比。

图2：BA促进拟南芥的侧根发育对比图示。其中，A.拟南芥在不含以及含有2mM的 BA的1/2MS培养基上生长20天后拍照。B.BA处理和未处理的拟南芥在1/2MS培养基 上生长20天后的根叶数目统计比较。C.BA处理和未处理的拟南芥苗、根及地上部分鲜重 统计对比。

图3：3-AB促进烟草的侧根生长对比图示。其中，A.烟草在不含以及含有2mM的3-AB 的1/2MS培养基上六周后拍照。B.烟草在不含以及含有2mM的3-AB的1/2MS培养基上六 周后，侧根数目统计比较。

图4：3-AB及BA促进玉米的侧根生长图示。其中，A.玉米在0mM/1mM 3-AB以及2mM BA水溶液中处理一周拍照。B.玉米在0mM/1mM 3-AB以及2mM BA水溶液中处理一周后侧 根数目统计。

图5：3-AB处理提高拟南芥的耐旱能力图示。其中，A.拟南芥停止浇水三周后，未 处理对照几乎干枯，经3-AB处理过的植物叶片仍保持较高的含水量。B.经3-AB处理过 的植物后复水后能恢复，而未处理对照则不能。C.正常条件生长植物、干旱三周后的对 照植物、3-AB处理过的植物叶片中的含水量比较。

图6：3-AB处理后调节植物根中生长素的分布。将DR5::GUS转基因阳性种子消毒后 种植到不含以及含有1mM 3-AB的1/2MS培养基上生长一周后染色，发现用1mM 3-AB处 理后在下胚轴与基根连接处以及侧根原基位置蓝色信号增强，说明生长素分布发生了变 化，生长素在这些部位富集。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规方法 或本领域研究人员所熟知的方法，或者按照试剂销售商所建议的条件。应特别注意，下述 实施例中所提到的植物仅用于举例，3-AB及其类似物的应用并不限于这些植物。

实施例1  拟南芥、烟草、玉米等种子的处理方法

拟南芥以及烟草种子：先用70％乙醇消毒10min，再用100％乙醇+0.01％Triton振荡 数次后倾倒于已灭菌的干净滤纸上，用牙签点种在1/2MS培养基上，放至光照培养箱中 培养。以不含3-AB的培养基作为对照，观察含有1-2mM 3-AB或BA的培养基上植物的生 长情况。

玉米种子：用3％的双氧水消毒30min后漂洗数次以洗净双氧水，换上干净的纯水浸 种48h，37度催芽24h，然后将纱布置于长试管中为支持物，将发芽的苗置纱布上，每 管1棵，十管一组，试管中不含或含有3-AB或BA水溶液，于光照培养箱中生长一周后拍 照。

实施例2  侧根数以及植物各部分鲜重测定

拟南芥在生长20天后，取苗15株以上，计数从基部发出的根数以及整个根系的侧根 数；将苗分成根和根以上部分，以精密天平分别称取鲜重，比较处理和不处理植物的侧根 数以及各部分鲜重。烟草生长六周后计数各株植物整个根系的侧根数，玉米则在生长一周 后计数从基根发出的须根上生长出的侧根数目。

实施例3 植物抗干旱能力的观察和测定

待拟南芥萌发至第一片真叶长出时，选取健壮、生长一致的苗移栽到事先灭菌的培养 土中(土先称重，以保证干旱时每个小盆中的土壤份量一致，含水量也一致)。拟南芥移 栽5天后，将3-AB配制成2mM的水溶液，对拟南芥根部进行滴灌，以根部湿润为度，每 个苗尽量用同等体积的溶液处理。以用水滴溉作为3-AB处理的对照。隔5天重复一次， 共处理3次。待植株生长30天后先让每个小盆吸饱水分，然后停止浇水，停止浇水前仍 然称每个小盆重量，以保证每个钵里的土壤含水量一致，处理约20天后，对照植物开始 干枯，测量此时对照植物以及处理植物中叶片的相对含水量。复水，5天后观察拟南芥复 活情况。

实施例4 叶片含水量测定

选取同时生长的对照与处理的拟南芥第三片叶子，用自来水冲去叶片表面杂物，再用 去离子水洗净。剪取后马上称重得到植物叶片鲜重(Fresh weight，FW)；将植物叶片浸 入水中4小时后取出，用草纸吸干叶子表面的水分后立即称重，得到植物叶片的湿重 (Turgid weight，TW)；将称过的叶片放入80度烘箱中完全烘干，直至叶片重量不再变 化时为止，称取植物干重(Dry weight，DW)。以下面公式计算植物的相对含水量(Relative water content，RWC)。

RWC＝(FW-DW)/(TW-DW)×100％

实施例5  3-AB与内源生长素之间的关系

侧根的形成依赖于植物生长激素中的一种--生长素。前人研究结果已经证实外源生长 素类似物(IAA，吲哚-3-乙酸，NAA，萘乙酸；2，4-D，二氯苯氧基乙酸)会增加侧根的数量 (Blakely，1988；Laskowski，1995)。相反地，用生长素运输抑制剂如NPA会减少侧根的 数量(Casimiro et al.，2001：Reed et al.，1998)。总而言之，生长素在侧根的形成过 程中起着重要的作用。

为了观察3-AB促进侧根生长是否与内源生长素之间存在关系，用生长素响应基因DR5 启动子驱动GUS报告基因，稳定转化拟南芥，经筛选获得纯合转基因植株。在转基因植物 中，含有生长素的组织，GUS染色后将会有蓝色信号的出现，蓝色信号强弱与生长素浓度 直接相关。将DR5::GUS转基因株种子种到含有1mM 3-AB的1/2MS培养基上。生长十天后将 整个植株进行GUS染色，与未用3-AB处理的对照组相比较。结果发现经1mM 3-AB处理后的 植株下胚轴与基根连接处以及侧根原基位置蓝色信号明显增强。据此推测，3-AB促进了生 长素的原位合成或者向根部运输，从而促进拟南芥的侧根发育。

综上所述，本发明专利提供了一类新的促根抗旱剂，该物质使用浓度低，使用方便， 使用后植物侧根生长发达，整体上保水能力增强，对干旱的耐受能力增强。在农业生产上 具有重要意义。