毛竹莖稈快速生長的機(jī)理研究.pdf

1、毛竹（Phyllostachys heterocycla）是中國最重要的竹種，其木材產(chǎn)量在林木中排第三。毛竹具有極高的生態(tài)價值、經(jīng)濟(jì)價值和文化價值。在中國，毛竹的年產(chǎn)值可以達(dá)到年均50億美元。
　　毛竹的生長非常迅速。在天然狀態(tài)下，毛竹竹稈利用短短2-4個月可以完成10多米的生長。為研究其中的機(jī)制，采用組織切片、酶聯(lián)免疫、雙向電泳結(jié)合質(zhì)譜鑒定和免疫印跡等手段對一個完整發(fā)育期內(nèi)不同發(fā)育時期和發(fā)育部位的竹稈材料進(jìn)行分析。主要結(jié)果如下：

2、
　　組織解剖表明竹稈發(fā)育初期，細(xì)胞分裂占主導(dǎo)地位，細(xì)胞伸長在發(fā)育中后期占主導(dǎo)地位。竹稈的發(fā)育、成熟和老化從基部首先啟動，中部和頂部要稍晚一些?；康睦w維組織的最先出現(xiàn)木質(zhì)化，始于G7期。
　　酶聯(lián)免疫結(jié)果指出吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA3）、玉米素（ZR）和脫落酸（ABA）的濃度變化與節(jié)間發(fā)育有密切的關(guān)系。4種內(nèi)源激素在發(fā)育期都呈現(xiàn)波動，但是它們的峰值出現(xiàn)的時期不同步。細(xì)胞分裂與ZR濃度呈顯著的正相關(guān)，而細(xì)胞伸長與AB

3、A濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)。此外，細(xì)胞伸長與促進(jìn)生長的激素（IAA、GA3和ZR）濃度和抑制生長的激素（ABA）濃度的比值呈顯著的正相關(guān)。該比值在9個時期的兩個峰值分別出現(xiàn)在G4和G7期。從解剖結(jié)果可知，G4期是基部最早的顯著伸長期；G7期是中部的顯著伸長期，同時還是最早出現(xiàn)纖維木質(zhì)化的時期。由此我們認(rèn)為激素間的平衡可能調(diào)節(jié)了竹稈的伸長和成熟。進(jìn)一步把G4和G7期選擇為兩個發(fā)育特異時期，結(jié)合發(fā)育初期（G1）和發(fā)育末期（G9）一起做下一步的比較

4、蛋白組學(xué)分析。
　　依據(jù)組織切片和激素測定的結(jié)果，選擇了4個特異的發(fā)育時期，結(jié)合3個發(fā)育部位進(jìn)行蛋白組學(xué)分析。213個表達(dá)差異蛋白（包括189個非冗余蛋白）被 MALDI-TOF/TOF MS鑒定出來，按功能劃分為代謝、能量、細(xì)胞生長、轉(zhuǎn)錄、蛋白合成、蛋白加工、轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和抗病等11類，其中有88個蛋白涉及到代謝和能量。有9個差異蛋白（8個非冗余蛋白）的表達(dá)量差異是基于同一發(fā)育時期不同發(fā)育部位的。有175個差異蛋白（

5、155個非冗余蛋白）的表達(dá)量差異是基于同一發(fā)育部位不同發(fā)育時期的。另外，有29個差異蛋白（26個非冗余蛋白）的表達(dá)量差異既出現(xiàn)在不同的發(fā)育時期，又出現(xiàn)在不同的發(fā)育部位。以上表明不同發(fā)育時期和發(fā)育部位都是造成蛋白表達(dá)量差異的因素，而發(fā)育時期是主要因素。
　　系統(tǒng)聚類表明64％的差異蛋白在發(fā)育過程中呈下調(diào)趨勢。時期特異和部位特異差異蛋白的表達(dá)模式被分析。蛋白豐度表達(dá)主要依據(jù)時間序列而變化，在一定程度上遵循空間序列變化。很多代謝通路出現(xiàn)

6、了差異表達(dá)，涉及到蔗糖降解、丙酮酸鹽合成、乙醛酸循環(huán)、三羧酸循環(huán)、戊糖磷酸途徑、莽草酸途徑、脂肪酸β氧化、氨基酸合成。另外有大量伸長因子、轉(zhuǎn)錄因子、真核起始因子和應(yīng)激蛋白差異表達(dá)。這些表明了竹稈速生的物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，以及分解代謝和合成代謝的走向。
　　在竹稈的發(fā)育過程中，由于光合能力較弱，能量主要來自于蔗糖降解，果糖激酶的差異表達(dá)在能量產(chǎn)生中起到了決定作用。缺氧呼吸和有氧呼吸的轉(zhuǎn)換在能量生成中發(fā)揮了重要功能。本文是竹類植物蛋白組學(xué)