硫化氢参与多壁碳纳米管诱导硫化氢参与多壁碳纳米管诱导油菜侧根发生的分子机理【字数：6684】
多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotube, MWCNTs）是一种新型的碳纳米材料。已有研究表明，MWCNTs可以诱导植物侧根（Lateral root, LR）的发生,但相关分子机制尚不明确。本研究发现，MWCNTs以浓度依赖的方式诱导甘蓝型油菜LR发生；通过激光共聚焦分析幼苗根部硫化氢（Hydrogen sulfide, H2S）含量，与对照组相比，MWCNTs处理能够提高内源H2S含量；同时，外源添加H2S清除剂亚牛磺酸（Hypotaurine, HT）与合成抑制剂DL-炔丙基甘氨酸（DL-propargylglycine, PAG）能阻断上述MWCNTs的促进作用；进一步研究发现，MWCNTs能上调部分生长素相关基因（ARF、PIN）的表达，这种上调效果能被HT和PAG逆转。以上结果提示，H2S参与MWCNTs诱导的油菜LR发生，并与其能调节部分生长素合成、运输基因的表达有关。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验试剂2
1.2 植物材料培养2
1.3 激光共聚焦3
1.4 qRTPCR分析3
1.5 统计分析3
2结果与分析3
2.1 多壁碳纳米管（MWCNTs）以浓度依赖的方式诱导油菜侧根（LR）发生3
2.2 MWCNTs促进油菜根部内源硫化氢（H2S）积累4
2.3 MWCNTs促进的侧根发生能被H2S清除剂HT及合成抑制剂PAG所阻断5
2.4 H2S是MWCNTs诱导油菜LR发生过程中所必须的6
2.5 H2S参与调控MWCNTs诱导油菜LR发生过程中生长素相关基因的表达7
3 讨论8
致谢10
参考文献11
硫化氢参与多壁碳纳米管诱导油菜侧根发生的分子机理
国家生命科学与技术人才培养基地 田又天
引言
引言
碳纳米管（Carbon nanotube, CNTs）是当前广泛生产和使用的纳米材 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
料之一。根据所含石墨烯片的层数不同，可以将CNTs分为单壁碳纳米管（Singlewalled carbon nanotube, SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multiwalled carbon nanotube, MWCNTs）。相比较SWCNTs，MWCNTs更易制取且用途广泛[1]。研究发现，MWCNTs具有调节植物生长发育的作用。低浓度MWCNTs可以穿过番茄种子的种皮，提高种子的吸水量，进而提高种子的发芽率[2]。此外，低浓度MWCNTs还能增加玉米幼苗对水分的吸收，并提高玉米根组织对Fe2+、Ca2+的吸收效率[3]。低浓度的MWCNTs和氧化型MWCNTs能够增强芥菜种子对水份的吸收，并且提高根组织的吸水率和物质运输效率[4]。基因的表达在一定程度上调控植物的生长发育。MWCNTs可以上调烟草[5]、番茄[6]、大麦、玉米和大豆[7]的水通道蛋白基因的转录水平。MWCNTs还可以上调拟南芥中与胁迫相关的部分基因和激素运输相关基因的表达，并且增强一些生长素响应因子的转录水平[8]。除了MWCNTs对植物生长发育的积极作用外，也发现了一些它的不良影响。研究发现，MWCNTs对悬浮培养的水稻细胞具有毒害作用，使水稻细胞产生ROS积累和氧化胁迫，并导致水稻植株生长发育受限[9]。以上结果表明，CNTs对植物生长发育既有积极作用也有消极作用，这主要取决于CNTs的类型[10]、浓度[11]、和植物基因型[10]等。
植物的侧根（Lateral root, LR）发生是非常重要的农艺性状，LR的形成增加了根的吸收面积和支持作用。LR属于内起源。在LR发生初始时，主根中一定部位的中柱鞘细胞脱分化，恢复分裂能力，从而进行平周分裂，形成内、外两层细胞，外层细胞再平周分裂一次，一共形成三层细胞，这三层细胞组成LR的原分生组织。之后，细胞再进行各个方向的分裂，形成一团细胞，这团细胞就是LR的原基。LR原基的细胞随后进行垂周、平周分裂，原基顶端分化为生长点和根冠。由于LR分生区持续分裂的新细胞所产生的机械压力和根冠分泌的物质使皮层和表皮细胞溶解，使侧根不断向前伸长，最终侧根穿过皮层和表皮伸出主根，进入土壤[12]。多种气体信号分子和生长素对LR发生发挥着重要的作用[13]。
硫化氢（Hydrogen sulfide, H2S）是继一氧化氮（Nitric oxide, NO）和一氧化碳（Carbon monoxide, CO）之后发现的第三种气体信号分子。它具有调节生物体内多种生理生化过程的作用。在动物体内，H2S能够调节血管及神经系统功能[14]。植物体也能通过自身产生H2S来提高对环境的适应能力，例如提高抗离子胁迫能力[15]、抗干旱[16]及渗透胁迫能力[17]、增强植物耐盐性[18]等。H2S还能参与特定的生理代谢过程，例如参与气孔运动[19]和延缓衰老[20]。同时，H2S在诱导番茄侧根发生过程中发挥重要作用[2122]。
油菜是中国重要的油料作物之一，也是大众需求量最高的蔬菜之一。已有研究表明，MWCNTs可以影响植物根系的生长和发育[34]。作为根系建成重要一员的LR也很可能会受到MWCNTs的影响。因此，本实验通过药理学和分子生物学等手段，以外源施加MWCNTs的方法，分析MWCNTs诱导油菜LR发生的分子机理。
1 材料与方法
1.1 实验试剂
除有特殊说明，其余试剂均购自Sigma（St Louis, MO, USA）公司。RNA提取液Trizol购自Invitrogen公司；cDNA合成试剂盒购自TaKaRa公司。H2S供体硫氢化钠（NaHS）工作浓度为1 mM。H2S的清除剂亚牛磺酸（Hypotaurine, HT）和合成抑制剂DL炔丙基甘氨酸（DLpropargylglycine, PAG）的工作浓度分别为200 μM和2 μM。H2S的荧光探针7叠氮基4甲基香豆素（7azido4methylcoumarin, AzMC）的工作浓度为20 μM[21]。
称取一定量的MWCNTs浸泡于35 °C一定体积的蒸馏水中24 h，然后使用超声波细胞粉碎机（BILON150Y, Shanghai Bilang Instrument Manufacturing Co., Ltd., Shanghai, China）进行超声处理，工作频率为20 kHz，100 W。将所得的匀浆胶体悬浮液在121 °C下高压灭菌15 min，得到已知浓度的MWCNTs母液，用于之后的生物学试验。
1.2 植物材料培养
选取籽粒饱满均一的中双11号油菜（Brassica napus L. cv Zhongshuang 11）种子，清水洗净后于泡种杯避光浸种12 h，随后置于透明塑料盘内的潮湿滤纸上避光催芽24 h。种子发芽（幼根7 mm左右）后选取10粒大小均一，形态良好的种子放置于实验所需处理溶液的培养皿中，随后转至光照培养箱，处理指定的时间点。光照培养箱的参数设置如下：光周期（亮/暗）为16/8 h；光强为200 μmolm2s1；温度为23/21（+1）°C。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 实验试剂2
1.2 植物材料培养2
1.3 激光共聚焦3
1.4 qRTPCR分析3
1.5 统计分析3
2结果与分析3
2.1 多壁碳纳米管（MWCNTs）以浓度依赖的方式诱导油菜侧根（LR）发生3
2.2 MWCNTs促进油菜根部内源硫化氢（H2S）积累4
2.3 MWCNTs促进的侧根发生能被H2S清除剂HT及合成抑制剂PAG所阻断5
2.4 H2S是MWCNTs诱导油菜LR发生过程中所必须的6
2.5 H2S参与调控MWCNTs诱导油菜LR发生过程中生长素相关基因的表达7
3 讨论8
致谢10
参考文献11
硫化氢参与多壁碳纳米管诱导油菜侧根发生的分子机理
国家生命科学与技术人才培养基地 田又天
引言
引言
碳纳米管（Carbon nanotube, CNTs）是当前广泛生产和使用的纳米材 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
料之一。根据所含石墨烯片的层数不同，可以将CNTs分为单壁碳纳米管（Singlewalled carbon nanotube, SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multiwalled carbon nanotube, MWCNTs）。相比较SWCNTs，MWCNTs更易制取且用途广泛[1]。研究发现，MWCNTs具有调节植物生长发育的作用。低浓度MWCNTs可以穿过番茄种子的种皮，提高种子的吸水量，进而提高种子的发芽率[2]。此外，低浓度MWCNTs还能增加玉米幼苗对水分的吸收，并提高玉米根组织对Fe2+、Ca2+的吸收效率[3]。低浓度的MWCNTs和氧化型MWCNTs能够增强芥菜种子对水份的吸收，并且提高根组织的吸水率和物质运输效率[4]。基因的表达在一定程度上调控植物的生长发育。MWCNTs可以上调烟草[5]、番茄[6]、大麦、玉米和大豆[7]的水通道蛋白基因的转录水平。MWCNTs还可以上调拟南芥中与胁迫相关的部分基因和激素运输相关基因的表达，并且增强一些生长素响应因子的转录水平[8]。除了MWCNTs对植物生长发育的积极作用外，也发现了一些它的不良影响。研究发现，MWCNTs对悬浮培养的水稻细胞具有毒害作用，使水稻细胞产生ROS积累和氧化胁迫，并导致水稻植株生长发育受限[9]。以上结果表明，CNTs对植物生长发育既有积极作用也有消极作用，这主要取决于CNTs的类型[10]、浓度[11]、和植物基因型[10]等。
植物的侧根（Lateral root, LR）发生是非常重要的农艺性状，LR的形成增加了根的吸收面积和支持作用。LR属于内起源。在LR发生初始时，主根中一定部位的中柱鞘细胞脱分化，恢复分裂能力，从而进行平周分裂，形成内、外两层细胞，外层细胞再平周分裂一次，一共形成三层细胞，这三层细胞组成LR的原分生组织。之后，细胞再进行各个方向的分裂，形成一团细胞，这团细胞就是LR的原基。LR原基的细胞随后进行垂周、平周分裂，原基顶端分化为生长点和根冠。由于LR分生区持续分裂的新细胞所产生的机械压力和根冠分泌的物质使皮层和表皮细胞溶解，使侧根不断向前伸长，最终侧根穿过皮层和表皮伸出主根，进入土壤[12]。多种气体信号分子和生长素对LR发生发挥着重要的作用[13]。
硫化氢（Hydrogen sulfide, H2S）是继一氧化氮（Nitric oxide, NO）和一氧化碳（Carbon monoxide, CO）之后发现的第三种气体信号分子。它具有调节生物体内多种生理生化过程的作用。在动物体内，H2S能够调节血管及神经系统功能[14]。植物体也能通过自身产生H2S来提高对环境的适应能力，例如提高抗离子胁迫能力[15]、抗干旱[16]及渗透胁迫能力[17]、增强植物耐盐性[18]等。H2S还能参与特定的生理代谢过程，例如参与气孔运动[19]和延缓衰老[20]。同时，H2S在诱导番茄侧根发生过程中发挥重要作用[2122]。
油菜是中国重要的油料作物之一，也是大众需求量最高的蔬菜之一。已有研究表明，MWCNTs可以影响植物根系的生长和发育[34]。作为根系建成重要一员的LR也很可能会受到MWCNTs的影响。因此，本实验通过药理学和分子生物学等手段，以外源施加MWCNTs的方法，分析MWCNTs诱导油菜LR发生的分子机理。
1 材料与方法
1.1 实验试剂
除有特殊说明，其余试剂均购自Sigma（St Louis, MO, USA）公司。RNA提取液Trizol购自Invitrogen公司；cDNA合成试剂盒购自TaKaRa公司。H2S供体硫氢化钠（NaHS）工作浓度为1 mM。H2S的清除剂亚牛磺酸（Hypotaurine, HT）和合成抑制剂DL炔丙基甘氨酸（DLpropargylglycine, PAG）的工作浓度分别为200 μM和2 μM。H2S的荧光探针7叠氮基4甲基香豆素（7azido4methylcoumarin, AzMC）的工作浓度为20 μM[21]。
称取一定量的MWCNTs浸泡于35 °C一定体积的蒸馏水中24 h，然后使用超声波细胞粉碎机（BILON150Y, Shanghai Bilang Instrument Manufacturing Co., Ltd., Shanghai, China）进行超声处理，工作频率为20 kHz，100 W。将所得的匀浆胶体悬浮液在121 °C下高压灭菌15 min，得到已知浓度的MWCNTs母液，用于之后的生物学试验。
1.2 植物材料培养
选取籽粒饱满均一的中双11号油菜（Brassica napus L. cv Zhongshuang 11）种子，清水洗净后于泡种杯避光浸种12 h，随后置于透明塑料盘内的潮湿滤纸上避光催芽24 h。种子发芽（幼根7 mm左右）后选取10粒大小均一，形态良好的种子放置于实验所需处理溶液的培养皿中，随后转至光照培养箱，处理指定的时间点。光照培养箱的参数设置如下：光周期（亮/暗）为16/8 h；光强为200 μmolm2s1；温度为23/21（+1）°C。
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