甾类激素炔雌醇、炔诺酮和左炔诺孕酮对拟南芥根生长的影响

甾类激素炔雌醇、炔诺酮和左炔诺孕酮对拟南芥根生长的影响 甾类激素炔雌醇、炔诺酮和左炔诺孕酮对拟 南芥根生长的影响 西北植物,2006,26(9):1832—1837 ActaBot.Borea1.-Occident.Sin. 文章编号:1000—4025(2006)09—1832—06 甾类激素炔雌醇,炔诺酮和左炔诺孕酮 对拟南芥根生长的影响 杨怡,甘立军,夏凯 (南京农业大学生命科学学院,南京210095) 摘要:采用不同浓度的人工合成甾类激素炔雌醇,炔诺酮和左炔诺孕酮处理拟南芥幼苗,研究3种激素对其根生 长和根中内源激素含量的影响.结果明:(】)30g?I炔雌醇处理显着促进主根的伸K,侧根数及侧根总长的 增加,促进主根根毛数和地下部鲜重的增加,增大内源IAA和iPAs含量,以及IAA/iPAs比值;3000g?I炔 雌醇处理则增加主根的弯曲度;(2)炔诺酮活性相对较弱,浓度为300g?I时对主根长,侧根数,侧根总长的促 进效果最大,IAA含量增加而iPAs含量降低,IAA/iPAs比值最大;3000g?I炔诺酮则引起主根弯曲,抑制根 毛的生长,但促进侧根数和的地下部鲜重的增加;(3)左炔诺孕酮的活性较高,3g?I时对拟南芥主根长,主根 根毛数增加最为显着;300g?I时对侧根数,根毛密度的增幅最大,IAA含量增加,IAA/iPAs比值最大;3000 g?I时显着抑制主根的生长和侧根的生成. 关键词:甾类激素;拟南芥;根生长;吲哚乙酸;异戊烯基腺苷 中图分类号:Q945.78文献标识码:A Effectsof17一ethinylestradi0l,NorethindroneandLeV0n0rgestrel onRootGrowthofArabidopsisthaliana YANGYi,GANIi—jun,XIAKai (CollegeofLifeSciences.NanjingAgriculturalUniversity.Nanjing210095.China) Abstract:Arabidopsisthalianaseedlingsweretreatedwith17a— ethiny1estradio1,norethindroneand leVonorgestrelwithdifferentconcentrationstostudytheeffectsofthethreehormonesonthegrowthand endogenoushormonecontentsoftheseedlingroots.Itwasshownthat(1)thetreatmentwithnorethin— droneat30g?Lsignificantlypromotedthegrowthofthetaprootsandincreasedthenumberandtotal lengthofthelateralroots.theroot— hairnumbersofthetaproots.thefreshweightsoftheunderground parts.thecontentsofendogenousIAAandiPAsandtheratioofIAAtoiPAs:thetreatmentwith17a—ethi— nylestradiolat3000/xg?Iintensifiedthebendingofthetaproots;(2)Norethindronewasweaklyactive anditsoptimalconcentrationwas300g?Iatwhichitshowedthebesteffectinincreasingthelengthof thetaprootsandthenumberandtotallengthofthelateralroots.andincreasedtheIAAcontentandde— creasedtheiPAscontentand1edtothehighesttheratioofIAAtoiPAs;at3000g?Inorethindrone causedthetaprootstobend.inhibitedtheroothairgrowthandincreasedthenumberofthelateralroots andthefreshweightoftheundergroundparts:(3)Ievonorgestrelwashighlyactiveanditshowedthebest effectinpromotingthegrowthofthetaprootsandincreasingtheroot—— hairnumberofthetaprootsinAra-- bidopsisthalianaat3g?I_.;Itshowedthebesteffectinincreasingthenumberofthelateralroots and 收稿日期:200601—11;修改稿收到日期:2006—0613 作者简介:杨怡(1981一),女(汉族).在读硕土.主要从事植物激素与免疫检测的工作. *通讯联系人.C0rresp0ndenceto:XIAKai.E—mail:zhish@njau.edu.cn 9期杨怡,等:甾类激素炔雌醇,炔诺酮和左炔诺孕酮对拟南芥根生长的影响 thedensityoftheroothairs,andincreasedtheIAAcontentandresultedinthehighestratioofIA AtO iPAsat300g?L-';Itsignificantlyinhibitedthegrowthofthetaprootsandtheoccurrenceofthel ateral rootsat3000g?I. Keywords:Steroidhormone;Arabidopsisthaliana;rootgrokvth;IAA;iPAs 炔雌醇(17a—ethiny1estradio1,EE2)又名乙炔雌 二醇,是一种人工合成雌激素,炔诺酮(norethin drone,NOR)和左炔诺孕酮(1evonorgestre1,ING) 是人工合成孕激素.由于它们的活性明显强于天然 甾类激素,因此在医学上广泛用于避孕药的合成和 疾病的治疗,也在牲畜,水产养殖中作为动物的生长 促进剂[1].这些激素类物质常以药物原形或代谢产 物的形式随粪便,尿液等排泄物排出到环境中,绝大 多数激素类药物排出到环境中仍具有活性一,可直 接污染土壤和水源.在国外许多污水排水口和地表 水都检出EE2,NOR和ING的存在,我国太湖 中检出的EE2远高于国外的平均水平,造成极大 的水体污染.受污染的水源和土壤可能对农作物及 野生植物造成二次污染. 目前已有人报道环境中EE2改变了水生环境 中浮游植物的许多性质,例如减少单位环境中种类 数目,减少生物量,细胞密度,增加多样性,平均度, 以及改变种类结构],但它们对高等植物生长影响 的研究相对较少.由于EE2,N()R和ING的结构 类似于植物中天然甾类激素油菜素甾体类化合物 (brassinosteroids,BRs)的主要成分一,油菜素内 酯,而BRs对植物生长8.93,抗逆,衰老l1"及细胞的 分化[1等过程具有重要的调节功能,因此我们以拟 南芥为实验,探索了EE2,NOR和LNG对幼 苗生长及其内源植物激素的影响. 1材料与方法 1.1供试药品 EE2,NOR和ING为北京紫竹药业有限公司 产品,先用少许二甲基亚砜溶解,加入表面活性剂 Tween80,再加水定容至所需浓度.同时作为对照 的溶液中也含有相同量的二甲基亚砜及Tween8O. 1.2材料及培养方法 拟南芥(Arabidopsisthaliana)种子4C浸种3d,表面消毒(75乙醇30S,然后0.1HgC1浸泡 10min,最后用无菌水冲洗5,6次)后,播种在含 1琼脂的MS培养基上,置于25C光照培养箱生 长,光强25.1,25.3gmol?m?s,每天光照16 h_】引.4d后取萌发一致的幼苗,移人分别含系列浓 度(0,0.3,3,30,300,3000g?I)的EE2,N()R 和ING的MS培养基上,7d后主根长,侧根 数,侧根总长,根毛数及地下部鲜重.每个处理取 15棵幼苗统计,试验重复3次. 1.3IAA和iPAs的ELISA测定 准确称取0.5g根部鲜样,按吴颂如_】的方法 提取内源激素吲哚乙酸(IAA)和异戊烯基腺苷 (iPAs).采用酶联免疫技术(Enzymelinkd immunosorbentassay,EIISA)分别测定IAAl】和 iPAs的含量.每处理3个重复,每重复测3个样 品,测定结果取3个样品的平均值. 1.4数据分析 实验数据用SPSS10.0软件中的ISD测验进 行单因素方差分析. 2结果分析 2.1EE2,NOR和LNG对拟南芥根生长的影响 不同浓度药剂分别处理拟南芥后第7天的形态 见图1.30g?IEE2,300g?IN()R,300 ug?I一ING均明显增加拟南芥的侧根数目.但 高浓度药剂对拟南芥根的生长有不同程度的抑制, 3000g?IEE2使主根弯曲度增加;3000g? IN()R也引起主根弯曲,侧根数目增加;3000g ? 【【NG抑制侧根的生成. EE2,N()R及ING处理拟南芥7d后主根生 长情况见表1.30,300g?I一EE2处理分别极显 着和显着促进主根的伸长,其长度分别为对照的 1.22倍和1.18倍,其余浓度对主根伸长无显着影 响;N()R活性相对较弱,浓度为300g?I时才 着促进主根伸长,其它浓度无显着影响;I.NG的 活性较高,3g?I时就极显着促进了主根的伸 长,比对照增长了7.62,而浓度为3000g?I 时则显着抑制主根的生长. 3种试剂对侧根生长的影响类似于主根(表1). EE2处理高于3g?I时均显着或极显着促进侧根 数及侧根总长的增加,其中以30f』g?I效果最显 着,处理7d后两者分别为13.()()条根和3.39cm,而 对照仅为5.56条根和0.73cm;NOR活性相对较弱. 高浓度(300,ug?I和3000g?I)处理才极显 昔促进删懈数醍删帕:IN(,计侧帐韶删根数增』I?.)c?I时则假普抑制删橄詹 …牲小,浓勾c1|1r?LIIf韫.II似进拟南外们Ii亡浓度占响 CK3opg?L.3000pg?rCX300pg?L.3000g-L_'CK300g?L3000pg-L' INfJRIN"刈拟南拌幼苗jK的 柿RJ.l? FIEllfrI…fEI'~2?\?RnndINtrnn"rllwlh【1f^ullld.pl!~thah~lleuIIc1 IhLE【IlIlm 表IEE2,NOR和LNG处理对拙南芥根生长的影响 】l1"/【…rEE2.N('1??ING??r.r|Irr,WI'j'If,,,p川,?,ldli.g~ K lJhfw?,{JtT?_Jllm1Ie.glh?? ?IlJIr』*一}m ,n "一 9期杨怡,等:甾类激素炔雌醇,炔诺酮和左炔诺孕酮对拟南芥根生长的影响1835 不同的甾类激素对根毛的生长也存在着不同的 影响,EE2和NOR对根毛的生长影响较小.EE2 浓度为3Og?I时极显着增加了主根的根毛数 而对根毛密度无影响,其它浓度与对照相比无显着 差异;而NOR在3000,ug?L时显着抑制了根毛 的生长,主根根毛数和根毛密度比对照分别下降了 3O.55和32.O8,其余浓度处理与对照无显着差 异;而LNG对根毛的生长影响较大,浓度低于3000 g?L时均可显着或极显着诱导主根根毛数的增 加,浓度高于3g?L时均可使根毛密度显着或 极显着增加. 2.2EE2,NoR和LNG对拟南芥地下部分鲜重的 影响 由图2可知,EE2处理的拟南芥幼苗地下部鲜 重呈现先增加后下降趋势,其中,EE2浓度为3Og ? L时极显着促进地下部鲜重增加,为对照的 171.6.59/6,其它浓度与对照相比无显着差异;N()R 活性较弱,它处理的幼苗地下部鲜重先稍有下降后 逐渐增加,其浓度高达3000,ug?I时才显着促进 地下部鲜重的增加,比对照增加4O.95%;而LNG 处理对幼苗地下部鲜重无显着影响. 2.3EE2,NOR和LNG对拟南芥内源激素的影响 由图3,A可知,不同浓度EE2处理的拟南芥根 中IAA和iPAs含量变化不同,3g?I和3Og ? L处理比对照的IAA含量极显着增加;而 iPAs对EE2更为敏感,低浓度处理(0.3g?I 和3肚g?L)比对照的iPAs含量极显着增加;30 g?LEE2处理后拟南芥根中IAA/iPAs比值最 ? g 一 . ? 上 器 主 11?1】 0033303003000 激素浓度Concentrationof hormones(ug?L) 图2EE2,NOR和LNG处理对拟南芥 幼苗地下鲜重的影响 Fig.2EffectsofEE2,NORandINGonthefresh weightofArabidopsisthalianaroots 大,为4.226,明显高于其它浓度处理.从图3,B可 以看出,和对照相比,0.3tzg?INOR处理显着减 少了根中内源IAA的含量,高浓度处理(300,3000 g?L)则极显着促进IAA的增加;NOR对iPAs ;o00 1600 0 1200 舡. 懈旨 蓬要800 0 三400 0 U0 皿旺I{ 把 * 楚 000 600 200 800 400 0 0 一1200 亨 兰800 0 爵 把一400 楚 0 00.33303003000 EE2浓度 ConcentrationofEE2(ug?L) 00.33303003000 NOR浓度 ConcentrationofNOR(ug?L, 5 4 皇 茎 4 3 呈 2琶垂 《《 《《 l 0 00.33303003000 LNG浓度 ConcentrationofLNG(ug.L) 图3EE2(A),NOR(B)和ING(C)对拟南芥根 中内源生长素和异戊烯基腺苷的影响 Fig.3EffectsofEE2(A),Nf)R(B)andING(C) onthecontentsofendogenousIAAandiPAs inArabidopsisthalia?laroots 0窭《I/《《H vdI/《《一 98765432lO 6284 llOO l836西北植物26卷 含量的影响较小,只有在300fig?I处理时才显 着降低了根中iPAs含量,其它处理与对照相比无 明显差异;300fig?INOR处理拟南芥后IAA/ iPAs比值最大,为5.229,而对照仅为1.660.图3, C表明,ING对内源IAA的影响最为明显,低浓 度(0.3,ug?I)和高浓度(3000ug?I)处理均显 着降低内源IAA含量,3,3O0g?L处理的IAA 含量均显着或极显着增加;而合适浓度(3"g?I 和3og?I)处理极显着增加iPAs的含量,其中 300fig?IING处理拟南芥后IAA/iPAs比值最 大,为3.703. 3讨论 大量研究资料表明,在植物的各种组织与器官 中(根,茎,叶,花,果实,种子,花粉和茎尖)都有甾 类激素的存在,植物体能够合成和代谢甾类激素并 影响植物的生长发育过程一J.本实验结果表明外 源甾类激素对植物根生长的影响是多方面的,人工 合成雌激素EE2对主根,侧根,根毛数都有促进作 用,人工合成孕激素NOR在高浓度时促进侧根生 长但抑制主根根毛的发育,I.NG处理对根毛的产生 有较为明显促进作用.而目前国内外对外源甾类激 素对高等植物影响的研究很少,仅有报道天然雌激 素雌二醇在适当浓度下促进向日葵幼苗的生长,高 浓度的孕酮抑制地下部的生长.而低浓度时则促进 生长".还有人报道雌激素类化合物还能消耗植 物的主要养分,阻断豆科植物与固氮微生物间的共 生关系一. 众所周知,植物内源激素在侧根形成过程中起 着重要作用,其中生长素是诱导侧根原基发生的根 本因素一;适量细胞分裂素是侧根发生所必需的, 但其对侧根发生的效果报道不一.段留生等.一 认为有一定量细胞分裂素存在时,生长素/细胞分裂 素越大越有利于侧根发生.从本实验可以看出,合 适浓度的EE2,NOR及ING可以增加内源IAA/ iPAs比值,不仅促进拟南芥侧根数,侧根总长,对主 根长,主根根毛数也有促进作用. 综』二所述,环境中的甾类激素可以通过改变植 物体内的内源激素水平对植物根的生长发育产生影 响,进而对植物的生长习性及生理功能产生影响. 但其作用机理尚不清楚,还需要进一步探讨.作为 甾类激素,EE2,NOR及LNG对植物的其它作用也 有待进一步深入的研究. 参考文献: [1]XINGYx(邢玉秀),ZHOUBx(周本 翔).Sourcesdamagesandcontrolmeasuresontheresiduesofveterinarydrugsinanimal— derived food[J].J.HenanAgrit.Sti.(河南农业科学),2004.(7):79—8O(inChinese). 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