CN102590448B - 测量植物发育阶段、生长状态、环境响应及植物寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量植物的发育阶段、生长状态、环境压力响应和预测植物寿命的分子方法。本发明将细胞膜脂的碳链长度与植物生长发育过程和环境响应联系起来、与植物的寿命联系起来。可运用于对植物生长发育阶段、生长状态、环境响应及寿命进行分子度量。
Description
技术领域
本发明涉及植物技术领域，具体地，涉及用植物细胞的一种基本生物分子的化学结构长度，去测量植物发育阶段、生长状态、环境响应和预测植物寿命的分子方法。是一种用植物内源的微观标尺度量植物生理状态的方法。
背景技术
测量植物的发育阶段、生长状态、环境响应和预测植物寿命，对作物的育种和栽培、园艺植物培养和育种、植物资源的评价和利用以及生态系统变化的评估和预测等方面，具有非常重要的作用和潜在的利用价值。然而，现有的植物生长发育状态的确定主要依赖于表观的观察，包括形态变化、叶片颜色、个体大小等的改变、开花结实和年轮等。表观观察较滞后，受个体差异影响大，受地理环境影响，测量精度不够，不能预期植物的状态。同时，尽管现有的知识可以从一些表观数据(例如年轮等)检测植物的生命状态及年龄，但是却不能预测植物的寿命。目前现有技术中未见有将细胞膜脂的碳链长度与植物生长发育过程和环境响应联系起来、与植物的寿命联系起来的测量植物的发育阶段、生长状态、环境压力响应和预测植物寿命的分子方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将细胞膜脂的碳链长度与植物生长发育过程和环境响应联系起来、与植物的寿命联系起来的灵敏精确的测量植物发育阶段、生长状态、环境响应和预测寿命的分子方法。
下面的技术方案用于实现本发明的上述目的：
测量植物发育阶段、生长状态、环境响应及预测植物寿命的方法，取植物组织，提取其中的细胞膜脂，检测膜脂中磷脂酰丝氨酸的含量，并计算磷脂酰丝氨酸脂肪酸平均碳链长度，碳链长度与植物及其器官的发育和衰老、生长状态、环境压力成正相关，当碳链长度达到41-42个碳时植物死亡。
上述方法中，所述的磷脂酰丝氨酸的含量的计量单位为nmol/mg干重即纳摩尔每毫克干重，由此计算其摩尔百分含量为mol％。
上述方法中，所述的植物膜脂的磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)PS分子种类包括但不限于PS(34:4)，PS(34:3)，PS(34:2)，PS(34:1)，PS(36:6)，PS(36:5)，PS(36:4)，PS(36:3)，PS(36:2)，PS(36:1)，PS(38:6)，PS(38:5)，PS(38:4)，PS(38:3)，PS(38:2)，PS(38:1)，PS(40:4)，PS(40:3)，PS(40:2)，PS(40:1)，PS(42:4)，PS(42:3)，PS(42:2)，PS(42:1)，PS(44:3)，PS(44:2)，其中PS指某种类的磷脂酸分子中两条脂肪酸碳链中总碳原子数与总双键数的比值。
上述方法中，所述的磷脂酰丝氨酸脂肪酸平均碳链长度的计算方法为：(∑[N×mol％])/100，其中N为每种膜脂分子中脂肪酸碳链的碳原子总数目。
上述方法中，所述的植物组织指拟南芥和须弥芥全株植物或根或叶片或果荚。
上述方法中，磷脂酰丝氨酸碳链长度与植物生长发育间的关系为：随着植物的生长和衰老，磷脂酰丝氨酸的平均碳链长度呈现上升的趋势；植物衰老加速，碳链增加加速；碳链长度达到41-42个碳时，植物死亡。
上述方法中，磷脂酰丝氨酸碳链长度与植物响应环境胁迫的关系为：随着环境胁迫产生，磷脂酰丝氨酸的平均碳链长度增长速度加快，胁迫越大，增长速度加快越大，碳链长度达到41-42个碳时，植物死亡。
本发明基于植物细胞膜脂磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine，PS)的脂肪酸碳链的平均总长度，随着植物及其组织的生长和衰老而增加；在衰老加速和环境胁迫下，此碳链长度的增加加速；当碳链增加到一定数值的时候，植物死亡；此碳链长度变化对植物生理事件感应的灵敏度高，最低可以感应持续时间仅为2小时的事件。提供一种测量植物的发育阶段、生长状态、环境压力响应和预测植物寿命的分子方法。本发明将细胞膜脂的碳链长度与植物生长发育过程和环境响应联系起来、与植物的寿命联系起来。可运用于对植物生长发育阶段、生长状态、环境响应及寿命进行分子度量的技术方法和仪器的研制。
附图说明
图1为拟南芥在不同发育阶段的磷脂酰丝氨酸碳链长度；
图2为拟南芥果荚发育不同时间的磷脂酰丝氨酸碳链长度；
图3为须弥芥不同发育阶段根中磷脂酰丝氨酸的碳链长度；
图4为伽玛射线(260Gy)辐照后生长不同时间的拟南芥磷脂酰丝氨酸碳链长度；
图5为拟南芥离体叶片处理不同时间磷脂酰丝氨酸的碳链长度。
具体实施方式
下面结合附图，用本发明的实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的内容并不局限于此。
实施例1：
本发明中植物膜脂提取检测方法包含下述步骤：(1)取拟南芥(Arabidopsis thaliana)或者须弥芥(Crucihimalaya himalaica)组织(全株或根或叶片或果荚)，立即放入到3ml 75℃(预热)的异丙醇(含0.01％BHT)中处理15min；(2)待样品冷却后加入1.5ml的氯仿和0.6ml的水，放置于摇床，在室温下提取1h，提取完后将提取液转移到一个空的管子中；再将样品中加入4ml氯仿∶甲醇＝2∶1(含0.01％BHT)过夜摇直到叶片发白(指以叶片提取时，其他组织如全株或根或果荚一般需提取2天)；(3)合并得到的提取液，加入1ml 1M的KCl，摇动混匀，静置后弃上层液；(4)再向提取液中加2ml蒸馏水，摇动混匀，静置后弃上层液；(5)下层液在氮气下浓缩干燥后，溶于1ml氯仿中，贮存在-20℃备用；(6)提取后的剩余物在烘箱105℃过夜烘干，称干重(十万分之一精度)；(7)将所提取的脂类样品进行ESI-MS/MS分析检测组成及含量(nmol/mg干重)。磷脂酰丝氨酸脂肪酸碳链总平均长度的计算方法为：(∑[N×mol％])/100，其中N为每种膜脂分子中脂肪酸碳链的碳原子总数数目。
取萌发后生长不同时间的幼苗叶片，检测各不同时期叶片内磷脂酰丝氨酸的平均碳链长度，如图1，随着拟南芥从幼苗到成熟最后到叶片衰老的过程中，叶片的磷脂酰丝氨酸的平均碳链呈增加的趋势，直到生长99天比生长7天的幼苗增加了2个碳。如图2，本发明检测了果荚发育15、20、25、30天时果荚中磷脂酰丝氨酸的碳链长度，发现随着拟南芥果荚的发育，磷脂酰丝氨酸的碳链长度逐渐增加。
生长不同时间的须弥芥以及野外采集的多年生须弥芥，分别检测根中磷脂酰丝氨酸的碳链长度。如图3，随着须弥芥生长发育的进行，根中磷脂酰丝氨酸的碳链长度呈现上升的趋势。
据此可知：随着植物发育程度的增加，植物各组织(叶片或果荚或根)中磷脂酰丝氨酸平均碳链呈增加的趋势，碳链增加终止时(约41-42个碳)，植株死亡。说明磷脂酰丝氨酸碳链与植物生长发育相关，磷脂酰丝氨酸碳链长度可以作为拟南芥生长发育的分子指标。
实施例2：
本实施例采用的膜脂提取测定方法及磷脂酰丝氨酸平均碳链长度计算方法同实施例1。生长20天的拟南芥幼苗，260Gy伽马射线辐照后1、5、9、20天，分别检测磷脂酰丝氨酸的碳链长度。如图4，伽马射线辐照后不同时间，拟南芥平均碳链在逐渐增加。本发明将拟南芥离体叶片叶柄置于去离子水中，模拟植物叶片的衰老，同样，如图5，本发明发现叶片经过植物激素诱导的加速衰老过程中，叶片中磷脂酰丝氨酸碳链长度随着衰老时间的增加在增加，并且激素处理加快了碳链增加速度。
据此可知：在人工诱导的植物衰老过程中，磷脂酰丝氨酸平均碳链呈增加的趋势，而且与正常的衰老相比，胁迫所导致的衰老下磷脂酰丝氨酸平均碳链增加加快，即衰老加速，碳链增加加速。说明，磷脂酰丝氨酸碳链长度与植物的衰老程度相关，植物叶片衰老程度越深，碳链越长。植物接近死亡时，磷脂酰丝氨酸碳链长度为41-42碳原子。
实施例3：
本实施例采用的膜脂提取测定方法及磷脂酰丝氨酸平均碳链长度计算方法等同实施例1。生长20天的拟南芥幼苗，44℃热激2小时后分别检测对照与热激后磷脂酰丝氨酸的碳链长度。脱水处理中，生长3天的拟南芥叶片，从叶柄处剪断后置于玻璃培养皿中自然脱水，100分钟后检测对照与脱水处理的磷脂酰丝氨酸的碳链长度。如表1，可以看出在热激处理后，拟南芥叶片磷脂酰丝氨酸的碳链长度增加了0.67，而脱水处理导致碳链增加了0.2。
据此可知：在热激及脱水等胁迫中，磷脂酰丝氨酸平均碳链呈增加的趋势。说明，磷脂酰丝氨酸碳链长度与温度、水分等胁迫所导致的植物伤害相关，植物叶片受到伤害后，碳链会在短时间内增加。
表1 拟南芥幼苗在热激及离体叶片在脱水过程中PS碳链长度
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应视为等效的置换方式，都应属于本发明的要求保护范围。
Claims (4)
1.测量植物生长发育阶段，温度、脱水、伽玛射线响应及预测植物寿命的方法，取植物组织，提取其中的细胞膜脂，检测膜脂中磷脂酰丝氨酸的含量，并计算磷脂酰丝氨酸脂肪酸平均碳链长度，碳链长度与植物的发育和衰老、温度、脱水、伽玛射线压力成正相关，当碳链长度达到41-42个碳时植物死亡，所述的植物为拟南芥和须弥芥，所述的植物组织指拟南芥和须弥芥全株植物或根或叶片或果荚。
2.根据权利要求1的方法，所述的磷脂酰丝氨酸的含量的计量单位为nmol/mg干重即纳摩尔每毫克干重，由此计算其摩尔百分含量为mol％。
3.根据权利要求1的方法，所述的植物膜脂的磷脂酰丝氨酸PS分子种类为PS(34:4)，PS(34:3)，PS(34:2)，PS(34:1)，PS(36:6)，PS(36:5)，PS(36:4)，PS(36:3)，PS(36:2)，PS(36:1)，PS(38:6)，PS(38:5)，PS(38:4)，PS(38:3)，PS(38:2)，PS(38:1)，PS(40:4)，PS(40:3)，PS(40:2)，PS(40:1)，PS(42:4)，PS(42:3)，PS(42:2)，PS(42:1)，PS(44:3)，PS(44:2)，其中PS后面括号内的比值是指某种类的磷脂酸分子中两条脂肪酸碳链中总碳原子数与总双键数的比值。
4.根据权利要求1的方法，所述的磷脂酰丝氨酸脂肪酸平均碳链长度的计算方法为：(∑[N×mol％])/100,其中N为每种膜脂分子中脂肪酸碳链的碳原子总数目。
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| 磷脂酶Dδ缺失加剧UV-B诱导的膜伤害;李艳等;《植物分类与资源学报》;20110630;第33卷(第3期);第299－305页 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102590448A (zh) | 2012-07-18 |
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