纳米氧化镧对植物暗形态建成的影响

稀土纳米颗粒(NPs)因能够改善植物生理代谢、促进种子萌发和生长发育及增加产量等有望被应用于农业,但其对植物影响的机制仍不清楚。需在土壤中萌发的植物要经历一段在黑暗中发育的暗形态建成过程,该阶段对于植物后续生长至关重要,但稀土NPs对植物此过程的影响鲜见报道。本文以模式植物拟南芥和纳米氧化镧颗粒(La_(2)O_(3)NPs)分别为植物和稀土NPs的代表,探究不同剂量稀土NPs对植物暗形态建成的影响及机制。结果发现,5, 10, 20和40 mg·L^(-1) La_(2)O_(3)NPs增大拟南芥下胚轴长度、顶端弯钩弯曲角度和原叶绿素酸酯含量,即La_(2)O_(3)NPs促进拟南芥暗形态建成,且在20 mg·L^(-1)时促进作用最大。高效液相色谱和气相色谱结果显示,La_(2)O_(3)NPs处理增加拟南芥赤霉素(GA)、生长素(IAA)和细胞分裂素(ZT)含量及GA/脱落酸(ABA), IAA/ABA, ZT/ABA, GA/乙烯(ETH), IAA/ETH, ZT/ETH,降低ABA和ETH含量,同样20 mg·L^(-1) La_(2)O_(3)NPs处理对拟南芥内源激素影响程度最大。相关性分析表明,La_(2)O_(3)NPs通过增加GA, IAA和ZT含量及GA/ABA, IAA/ABA, ZT/ABA, GA/ETH, IAA/ETH, ZT/ETH,抑制ABA和ETH含量,进而促进拟南芥暗形态建成。为进一步探究La_(2)O_(3)NPs促进暗形态建成的原因,采用实时荧光定量PCR和蛋白质免疫印迹方法测定组成型光形态建成蛋白1 (COP1)和光敏色素互作因子3 (PIF3)的基因相对表达量和蛋白水平,发现La_(2)O_(3)NPs处理增加拟南芥COP1和PIF3基因相对表达量和蛋白水平,推测COP1和PIF3可能参与了La_(2)O_(3)NPs通过内源激素对暗形态建成的调控。本研究可为阐明NPs作用于植物的机制和发展纳米农业提供理论依据。

单碳代谢在镧处理的繁殖期植物根系中的作用

稀土元素(REEs)农用研究已百年。研究发现,REEs可通过改变植物生理代谢、物质合成和细胞活动等影响植物生长,但REEs如何影响这些生命活动依然不清晰。单碳代谢可通过DNA甲基化调控植物各种生命活动,但REEs对植物单碳代谢的影响未见报道。本文以模式植物拟南芥和农业常用镧[La(Ⅲ)]分别为植物和REEs代表,采用高效液相色谱和实时荧光定量PCR等技术,探究了不同剂量La(Ⅲ)作用不同时间对繁殖期拟南芥根系单碳代谢和DNA甲基化水平的影响。结果表明:La(Ⅲ)作用0.5 d增加根系4种单碳代谢关键酶基因(MS1,MS3,MAT1和SAHH)表达量,未改变单碳代谢产物含量和DNA甲基化水平。随La(Ⅲ)作用时间延长(1.0~4.0 d),30μmol·L^(-1)La(Ⅲ)上调了所有单碳代谢关键酶基因表达量,继而增加蛋氨酸和腺苷含量,减小S-腺苷甲硫氨酸、S-腺苷高半胱氨酸、甘氨酸和甜菜碱含量,促使6种DNA甲基转移酶基因表达量上调(DRM1除外),最终增加DNA甲基化水平。80μmol·L-1La(Ⅲ)下调单碳代谢关键酶基因表达量(1.0 d时仅4种基因,随后所有基因),从而减小蛋氨酸和腺苷含量,增加S-腺苷甲硫氨酸、S-腺苷高半胱氨酸、甘氨酸和甜菜碱含量,诱导所有DNA甲基转移酶基因表达量下调(1.0 d时均不变),最终降低DNA甲基化水平。结果可为揭示REEs作用于植物的机制及REEs农用实践提供参考。