低溫條件下相關(guān)關(guān)鍵酶活性對(duì)棉纖維比強(qiáng)度形成的影響

1、低溫條件下相關(guān)關(guān)鍵酶活性對(duì)棉纖維比強(qiáng)度形成的影響卞海云，王友華，陳兵林，束紅梅，周治國(guó)（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)部作物生長(zhǎng)調(diào)控重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，南京 210095）摘要：【目的】研究低溫對(duì)纖維比強(qiáng)度形成的影響?！痉椒ā客ㄟ^設(shè)置大田分期播種試驗(yàn)，使相同果枝部位棉鈴可以處于不同的溫度條件下發(fā)育，研究低溫對(duì)棉纖維發(fā)育關(guān)鍵酶活性及相關(guān)基因表達(dá)的影響?！窘Y(jié)果】低溫影響纖維素的累積速率并最終影響纖維比強(qiáng)度的形成，其原因是在不同水平上影響了纖維發(fā)育關(guān)鍵酶的活性。在生化水平上，低溫（鈴齡050 d日均溫<23.0，鈴齡2550 d日均溫<21.0）提高了纖維中-1,3-葡聚糖酶的活性、降低了蔗糖合成

2、酶的活性，且前者對(duì)溫度更為敏感。在基因表達(dá)水平上，低溫使Expansin、蔗糖合成酶基因的表達(dá)量增加，-1,3-葡聚糖酶基因的表達(dá)與此相反，低溫下Expansin到達(dá)表達(dá)峰值時(shí)間推后且維持高表達(dá)的時(shí)間延長(zhǎng)，低溫可導(dǎo)致15 d鈴齡纖維-1,3-葡聚糖酶基因表達(dá)量顯著降低，而蔗糖合成酶基因表達(dá)量顯著升高?！窘Y(jié)論】在纖維品質(zhì)形成上，低溫導(dǎo)致棉纖維伸長(zhǎng)期及伸長(zhǎng)高峰推后，低溫下纖維素累積量、纖維比強(qiáng)度的變化特征與纖維蔗糖合成酶活性及-1,3-葡聚糖酶基因表達(dá)的變化特征高度一致，與-1,3-葡聚糖酶活性及蔗糖合成酶基因表達(dá)受低溫影響的規(guī)律相反。關(guān)鍵詞：低溫；Expansin；-1,3-葡聚糖酶；蔗糖合成酶

3、；基因表達(dá)；纖維發(fā)育；纖維比強(qiáng)度Effects of the Key Enzymes Activity on the Fiber Strength Formation Under Low Temperature ConditionBIAN Hai-yun, WANG You-hua, CHEN Bing-lin, SHU Hong-mei, ZHOU Zhi-guo (College of Agronomy, Nanjing Agricultural University / Key Laboratory of Crop Growth Regulation, Ministry of Agric

4、ulture, Nanjing 210095)Abstract: 【Objective】This experiment was carried out to study the effects of low temperature on cotton fiber strength development.【Method】The effects of low temperature on the dynamics of several key enzymes activity and the gene expression pattern were studied by setting diff

5、erent seeding times, thus the fiber developing process can be arranged at different temperature conditions.【Result】 The results showed that the dynamics of the enzymes activity and the genes expression were influenced in by low temperature conditions. At the biochemical level, the activity of the -1

6、,3-glucanase was decreased with the increasing of the temperature while the sucrose synthetase activity behaved oppositely. Evidences also showed that the -1,3-glucanase were much more sensitive to temperature variation than sucrose synthetase. At the gene expression level, the effect of low tempera

7、ture (mean daily temperature of 0-50 DPA (days post anthesis) and 25-50 DPA was lower than 23.0 and 21.0, respectively) on different genes expression was quite different. At low temperature, the expression of the -1,3-glucanase gene was remarkably inhibited in the days around the 15 DPA and the high

8、 expression period of the expansin gene was prolonged. For the fiber strength development, the peak of the fiber elongation was prolonged and that was accordant with the variation of the expression pattern of the expansin gene, the -1,3-glucanase and the sucrose synthetase gene. 【Conclusion】 The var

9、iation of the cellulose deposition and the textile processing was highly accordant with the changes of the -1,3-glucanase gene expression pattern and variation of the dynamics of sucrose synthetase activity, while it was absolutely opposite to the changes of the sucrose synthetase gene expression pa

10、ttern and variation of the dynamics of -1,3-glucanase activity. Key words: Low temperature; Expansin; -1,3-glucanase; Sucrose synthetase; Gene expression; Fiber development; Fiber strength0 引言【研究意義】近年來，隨著棉花多熟制種植面積不斷擴(kuò)大，棉花秋桃、晚秋桃在棉花產(chǎn)量中的比重不斷增加，棉花屬喜溫型作物，低溫嚴(yán)重影響秋桃、晚秋桃纖維品質(zhì)的形成1,2，而纖維比強(qiáng)度又是纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)，因此低溫對(duì)棉纖維比強(qiáng)

11、度形成的影響已引起人們的高度重視?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】成熟棉纖維90%以上的成分是纖維素，纖維比強(qiáng)度與纖維素的累積、纖維伸長(zhǎng)和加厚過程中相關(guān)酶的作用密切相關(guān)。目前的研究表明，在參與纖維發(fā)育的眾多已知調(diào)節(jié)因子中，膨脹素（Expansin）35、-1,3-葡聚糖酶6、蔗糖合成酶7,8與纖維的發(fā)育關(guān)系更為密切：Expansin在纖維細(xì)胞伸長(zhǎng)過程與胞壁松弛過程中起作用，它在細(xì)胞壁中的纖維素微纖絲和基質(zhì)多糖交叉處，以一種可逆（非水解）方式打開限制纖維伸長(zhǎng)的纖維素微原纖和纖維素-木葡聚糖間的氫鍵，促使聚合物滑動(dòng)并引起細(xì)胞壁的伸展，讓新近合成的細(xì)胞壁原料以可控的方式沉積35，從而促進(jìn)纖維的伸長(zhǎng)和加厚；蔗糖合成酶

12、（sucrose synthetase，SuSy或SS3）是纖維素合成直接底物尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）合成的關(guān)鍵性酶，質(zhì)膜上纖維素合成酶復(fù)合體與蔗糖合成酶相連并可直接接受由蔗糖合成酶催化產(chǎn)生的UDPG合成纖維素。研究表明，蔗糖合成酶的mRNA水平在整個(gè)生長(zhǎng)階段基本保持不變810；盡管-1,3-葡聚糖酶是纖維素生物合成的媒介還沒有直接證據(jù)，但研究表明在纖維素大量沉積時(shí)，需要-1,3-葡聚糖酶的高活性和高表達(dá)11。棉纖維是種皮細(xì)胞壁突起形成的，關(guān)于低溫條件下棉纖維比強(qiáng)度形成的研究，大多停留在纖維物理參數(shù)及相關(guān)生化指標(biāo)的測(cè)定水平12, 13，其中蔣光華研究認(rèn)為棉纖維加厚發(fā)育期（鈴齡2550 d）

13、24.0左右的日均溫是高強(qiáng)纖維形成的最佳溫度，低于21.0時(shí)即對(duì)棉纖維加厚發(fā)育相關(guān)酶活性產(chǎn)生明顯影響，纖維比強(qiáng)度降低，當(dāng)溫度降到15.0 左右時(shí)，棉纖維不能正常發(fā)育13。【本研究切入點(diǎn)】但在分子水平上針對(duì)上述纖維發(fā)育關(guān)鍵酶活性及其基因表達(dá)在棉花上的相關(guān)研究、以及對(duì)溫度等生態(tài)因子的響應(yīng)未見報(bào)道，而這對(duì)深入了解纖維比強(qiáng)度形成機(jī)制、明確高質(zhì)纖維棉花品種的分子育種方向、并在農(nóng)藝上采取合理有效的措施穩(wěn)定和提高纖維品質(zhì)都具有重要意義?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬通過設(shè)置不同播期試驗(yàn)，使棉纖維發(fā)育過程處于不同的溫度條件下，同時(shí)在生化水平及基因表達(dá)水平上研究低溫條件下棉纖維發(fā)育關(guān)鍵酶的動(dòng)態(tài)變化特征，并結(jié)合纖維

14、素累積及纖維比強(qiáng)度的特征分析，探討棉花纖維比強(qiáng)度形成的生理和分子機(jī)制，為棉花高強(qiáng)纖維形成的分子育種和生理調(diào)控提供理論依據(jù)。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)于2004年在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)衛(wèi)崗試驗(yàn)站進(jìn)行，采用盆栽方法。供試土壤為黃棕壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量15.3 g·kg-1，全氮含量0.8 g·kg-1，速效磷含量39.97 mg·kg-1，速效鉀含量237.5 mg·kg-1。供試品種為美棉33B（Gossypium hirsutum L.）。為形成棉鈴發(fā)育期的低溫條件，試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)播期：5月11日（T1）和6月16日（T2），每個(gè)播期40盆。待棉花開花后，

15、分別對(duì)棉花23、68、1112果枝1、2果節(jié)的當(dāng)日白花掛牌標(biāo)記，分別取鈴齡7、15、25 d的棉鈴810個(gè)，將纖維和種子分開，纖維液氮冷凍后，一部分保存在-20下，一部分保存在-70下備用。棉花按常規(guī)高產(chǎn)栽培要求進(jìn)行管理，開花后50 d收獲處理棉鈴。試驗(yàn)所用氣象資料來自南京氣象局，棉纖維不同發(fā)育階段日均溫見表1。1.2 試驗(yàn)方法用瑞典Tecator纖維系列儀測(cè)定棉花纖維素含量。用流水沖洗法測(cè)定未成熟纖維長(zhǎng)度17。纖維比強(qiáng)度的測(cè)定是混勻纖維樣品后用棉花纖維引伸器制成棉條，用國(guó)產(chǎn)Y162A型束纖維強(qiáng)力機(jī)測(cè)定3.2 mm隔距比強(qiáng)度，測(cè)6次重復(fù)，平均值作為試樣代表值，并用中國(guó)纖維檢驗(yàn)局標(biāo)準(zhǔn)棉樣修正。用

16、果糖和UDPG比色法測(cè)定蔗糖合成酶活性14，用昆布多糖比色法測(cè)定-1,3-葡聚糖酶活性15，-1,3-葡聚糖酶一個(gè)酶活力單位（U）定義為每秒從還原昆布多糖中釋放出1 nmol葡萄糖所需的酶量，酶活性以每克鮮樣重的酶活力單位表示。用CTAB/酸酚法提取總RNA16。以梯度總RNA量及梯度循環(huán)數(shù)確定可區(qū)分表達(dá)強(qiáng)度差異的最佳PCR循環(huán)數(shù)。等量總RNA進(jìn)行RT-PCR，反應(yīng)條件：42 1 h；94 5 min；94 30 s，退火溫度 30 s，72 30 s，合適循環(huán)數(shù)；72 5 min。所用引物、退火溫度及循環(huán)數(shù)見表2。表1 棉纖維不同發(fā)育階段日均溫（）Table 1 Mean daily tem

17、perature at different stages of cotton fiber development播期Seeding time果枝部位Fruiting branch position日均溫Mean daily temperature0-25 DPA25-50 DPA0-50 DPA5月11日 (T1)11-MayL-FB30.425.227.8M-FB28.824.626.7U-FB25.120.023.26月16日 (T2)16-JunL-FB25.120.023.2M-FB23.118.021.1U-FB21.516.719.6DPA：花后天數(shù)Days post anthes

18、is；L-FB: 下部果枝鈴Bolls setting on the lower fruiting branches；M-FB: 中部果枝鈴 Bolls setting on the middle fruiting branches；U-FB：上部果枝鈴 Bolls setting on the upper fruiting branches表2 試驗(yàn)所用的PCR引物、退火溫度及循環(huán)數(shù)Table 2 Primers, Tm and Cycles of PCR used in the experiment基因及序列號(hào)Gene and accession number引物Primer退火溫度Tm

19、()循環(huán)數(shù)Cycles擴(kuò)增片段長(zhǎng)度 (bp)Length of amplified DNAExpansin（AF043284）forward：5-AGTCGAACCATAACCGTGACAGCC-3reverse：5-CCCAATTTCTGGACATAGGTAGCC-35623328-1,3-glucanase（D88416）forward：5-GAGGACATACAAAGCCTCGCA-3reverse：5-AGGTTGTAGTATTCCAAGCCT-35833455Sucrose（U73588）forward：5-AGAACCCAAAGTTGCGTGAG-3reverse：5-ACCGTT

20、ACAGGTTGCGAATG-35830305EF1（AJ223969）forward：5-AGACCACCAAGTACTACTGCAC-3reverse：5-CCACCAATCTTGTACACATGC-35526496RT-PCR所用各種生化酶均購自美國(guó)Promega公司，RNA提取過程中所需化學(xué)試劑均為分析純。2 結(jié)果與分析2.1 低溫對(duì)棉纖維加厚發(fā)育關(guān)鍵酶活性變化的影響在棉株的下部和中部果枝，T1播期鈴齡050 d日均溫（用T0-50d表示，下同）高于26，纖維加厚發(fā)育期，即花后2550 d（用T25-50d表示）日均溫在24左右，處于棉纖維加厚發(fā)育的適宜溫度13，而T2播期相應(yīng)部位棉鈴

21、T0-50d在2123（T25-50d<21），可認(rèn)為棉纖維加厚發(fā)育期處于低溫條件下13。從圖1看出，T1播期在不同鈴齡期的-1,3-葡聚糖酶活性均低于T2播期的相應(yīng)指標(biāo)，而蔗糖合成酶活性表現(xiàn)出與-1,3-葡聚糖酶活性相反的變化趨勢(shì)。在棉株上部果枝，T1、T2播期棉鈴T0-50d在1923（T25-50d均低于21，分別為20.0、16.7），棉纖維加厚發(fā)育期處于不同的低溫條件13，棉纖維中-1,3-葡聚糖酶活性均高于其相應(yīng)播期的棉株下部和中部果枝鈴。T2播期在不同鈴齡期的-1,3-葡聚糖酶活性均高于T1播期，而蔗糖合成酶活性的變化趨勢(shì)則與此相反。低溫使-1,3-葡聚糖酶活性顯著提高，并

22、且隨鈴齡增大，酶活性變化率越大。低溫導(dǎo)致-1,3-葡聚糖酶活性的大幅度變化說明其比蔗糖合成酶對(duì)溫度變化更為敏感。2.2 低溫對(duì)棉纖維加厚發(fā)育關(guān)鍵酶基因表達(dá)的影響2.2.1 Expansin（GhExp1） 從圖2看出，處于適宜溫度條件下時(shí)（T1播期），棉纖維加厚發(fā)育期棉株下部和中部果枝棉纖維中Expansin的表達(dá)量均表現(xiàn)為鈴齡15 d顯著高于7 d，到鈴齡25 d時(shí)不能檢測(cè)到該基因的表達(dá)，可能因?yàn)榇藭r(shí)棉鈴處于發(fā)育最適期，鈴齡15 d時(shí)已進(jìn)入Expansin表達(dá)高峰期附近，鈴齡25 d已幾乎不再表達(dá)。處于低溫條件下時(shí)（T2播期），Expansin表達(dá)規(guī)律與適宜溫度條件下的表達(dá)規(guī)律有較大差異：上

23、部果枝棉纖維中，Expansin在鈴齡7、15和25 d的表達(dá)量依次增加；在中部果枝鈴中則表現(xiàn)為鈴齡15 d時(shí)最高，7 d時(shí)次之，25 d最少；在下部果枝鈴中，鈴齡15 d時(shí)Expansin的表達(dá)量遠(yuǎn)高于鈴齡7圖1 低溫對(duì)棉纖維發(fā)育關(guān)鍵酶活性變化的影響Fig. 1 Effect of low temperature on the dynamics of the key enzymes involved in the cotton fiber developmentL-FB：下部果枝鈴；M-FB：中部果枝鈴；U-FB：上部果枝鈴；EF1：參照基因。下同L-FB: Bolls setting on

24、 the lower fruiting branches; M-FB: Bolls setting on the middle fruiting branches; U-FB: Bolls setting on the upper fruiting branches; EF1: a constitutive expression gene in cotton fiber. The same as below圖2 低溫對(duì)棉纖維中Expansin基因表達(dá)動(dòng)態(tài)的影響Fig. 2 Effect of low temperature on the expression dynamics of the E

25、xpansin gene in the cotton fiberd時(shí)，而至鈴齡25 d時(shí)則已幾乎不再表達(dá)。綜合分析T1、T2播期Expansin的表達(dá)量總體變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為隨溫度降低，Expansin的表達(dá)量增加，而且在鈴齡15 d左右即纖維伸長(zhǎng)與加厚發(fā)育的重疊期，低溫下Expansin到達(dá)表達(dá)峰值時(shí)間推后并且Expansin維持高表達(dá)的時(shí)間反而較常溫下有所加長(zhǎng)。2.2.2 -1,3-葡聚糖酶 從圖3看出，在棉株下部和中部果枝，棉鈴纖維加厚發(fā)育期處于適宜溫度條件（見2.1），鈴齡15 d棉纖維中-1,3-葡聚糖酶基因的表達(dá)量均顯著高于鈴齡7 d，鈴齡25 d時(shí)未能檢測(cè)到該基因的表達(dá)；在低溫條件

26、下（見2.1），棉纖維中-1,3- 圖3 低溫對(duì)棉纖維中-1,3葡聚糖酶基因表達(dá)動(dòng)態(tài)的影響Fig. 3 Effect of low temperature on the expression dynamics of the -1,3-glucanase gene in the cotton fiber 葡聚糖酶基因的表達(dá)量均表現(xiàn)為鈴齡25 d15 d7 d。-1,3-葡聚糖酶基因的表達(dá)量隨溫度的降低而降低，這與2.1中關(guān)于-1,3-葡聚糖酶活性隨溫度的降低而升高的結(jié)論相反，原因可能是低溫條件下大量存在于質(zhì)外體空間的-1,3-葡聚糖酶的半衰期較長(zhǎng)。在棉株上部果枝，T1、T2播期棉鈴纖維加厚發(fā)育期

27、處于不同的低溫條件（見2.1），鈴齡725 d內(nèi)-1,3-葡聚糖酶基因的表達(dá)均隨著鈴齡的增加而增加，不同低溫條件下基因表達(dá)量的變化趨勢(shì)相同。進(jìn)一步分析鈴齡15 d時(shí)纖維中-1,3-葡聚糖酶基因表達(dá)量的變化，同樣是隨溫度降低而降低（圖4），不同果枝部位棉鈴表現(xiàn)相同趨勢(shì)。結(jié)合相應(yīng)時(shí)期單位鮮重纖維所能提出的總RNA的量（表3），結(jié)果同時(shí)說明-1,3-葡聚糖酶基因的總表達(dá)量在纖維的伸長(zhǎng)期基本維持在一個(gè)較穩(wěn)定的水平，但隨著纖維細(xì)胞生命活動(dòng)的衰退，其表達(dá)量在單個(gè)發(fā)育中的纖維細(xì)胞中所占的比例逐漸上升，此結(jié)果進(jìn)一步說明-1,3-葡聚糖酶在纖維的發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。表3 單位鮮重棉纖維中總RNA量的定性比

28、較Table 3 Comparison of the total RNA content per unit freshweight in cotton fiber處理TreatmentRNA量 Total RNA content7 days15 days25 days常溫 Control+-低溫 Low temperature+圖4 低溫對(duì)棉纖維蔗糖合成酶基因表達(dá)動(dòng)態(tài)的影響Fig. 4 Effect of low temperature on the expression dynamic of the sucrose synthetase gene in the cotton fiber2.2

29、.3 蔗糖合成酶 從圖4看出，在棉株下部和中部的果枝，T1播期棉鈴纖維加厚發(fā)育期處于適宜溫度條件，鈴齡7 d纖維中蔗糖合成酶基因的表達(dá)量高于15 d，鈴齡25 d時(shí)未能檢測(cè)到該基因的表達(dá)；而T2播期的相應(yīng)部位鈴則處于低溫條件，蔗糖合成酶基因表達(dá)量的變化趨勢(shì)均表現(xiàn)為鈴齡7 d15 d25 d；低溫下蔗糖合成酶基因的表達(dá)量略高于適宜溫度條件。在棉株上部果枝，T1、T2播期棉鈴纖維加厚發(fā)育期處于不同的低溫條件（見2.1），蔗糖合成酶基因表達(dá)量的變化趨勢(shì)也表現(xiàn)為鈴齡7 d15 d25 d。進(jìn)一步分析鈴齡15 d時(shí)纖維中蔗糖合成酶基因表達(dá)量的變化，低溫導(dǎo)致鈴齡15 d時(shí)纖維中蔗糖合成酶基因表達(dá)量升高，不

30、同果枝部位棉鈴表現(xiàn)相同趨勢(shì)。而在相同的溫度條件下，不同果枝部位纖維蔗糖合成酶基因的表達(dá)量沒有明顯差異（圖5）。結(jié)合相應(yīng)時(shí)期單位鮮重纖維的總RNA含量（表3），上述檢測(cè)結(jié)果表明，蔗糖合成酶基因的轉(zhuǎn)錄本在單個(gè)纖維細(xì)胞中所占的比例呈快速下降趨勢(shì)。2.3 低溫對(duì)棉纖維素累積量、纖維日伸長(zhǎng)量和棉纖維比強(qiáng)度的影響圖5 棉株不同果枝部位棉鈴鈴齡15 d時(shí)纖維中Expansin、-1,3-glucanase及sucrose synthetase基因表達(dá)量比較Fig. 5 Comparison of expression of the Expansin, -1,3- glucanase and sucrose

31、synthetase genes in cotton fiber at different fruiting branches at the 15 d boll age由圖6可知，在棉株的上、中、下部果枝，T1播期棉鈴纖維素累積量均高于T2播期，隨著鈴齡的增加，差距越來越大。隨著果枝部位的上升，纖維素累積含量受低溫的影響逐漸增大，且這種趨勢(shì)與相應(yīng)溫度條件下的棉纖維的比強(qiáng)度（圖7）有很高的相關(guān)性。圖6 低溫對(duì)棉纖維素累積的影響Fig. 6 Effect of low temperature on cotton fiber cellulose accumulation以棉株中部果枝棉鈴纖維日伸長(zhǎng)量

32、為例，分析低溫對(duì)棉纖維日伸長(zhǎng)量的影響。從圖8可以看出，纖維加厚發(fā)育期處于適宜溫度時(shí)，棉纖維日伸長(zhǎng)量在鈴齡14 d左右達(dá)到高峰，而低溫時(shí)棉纖維日伸長(zhǎng)量在鈴齡17 d左右達(dá)到高峰，低溫使棉纖維伸長(zhǎng)期延長(zhǎng)，且伸長(zhǎng)高峰推后。棉纖維日伸長(zhǎng)速率前期表現(xiàn)為適溫高于低溫，而后期表現(xiàn)為低溫高于適溫。低溫下棉纖維伸長(zhǎng)速率的這種變化與Expansin表達(dá)量的變化一致。圖7 低溫對(duì)棉纖維比強(qiáng)度的影響Fig. 7 Effect of low temperature on cotton fiber strength圖8 低溫對(duì)棉株中部果枝鈴棉纖維日伸長(zhǎng)量的影響Fig. 8 Effect of low temperatur

33、e on cotton fiber daily elongationof the middle fruiting branches在棉株的上、中、下部果枝，T1播期棉鈴纖維比強(qiáng)度均高于T2播期（圖7）。隨著果枝部位的上升，纖維比強(qiáng)度受低溫的影響逐漸增大。3 討論棉花開花后15 d左右不僅是纖維伸長(zhǎng)發(fā)育的高峰期，也是纖維加厚發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期。在鈴齡15 d附近，低溫與常溫條件下各纖維發(fā)育關(guān)鍵酶的活性變化及其相應(yīng)基因表達(dá)量的變化最能體現(xiàn)低溫對(duì)纖維發(fā)育及纖維比強(qiáng)度的影響。在纖維主要伸長(zhǎng)期（725 d），無論在常溫（T0-50d26，T25-50d在24左右）條件下，還是在低溫（T0-50d 1923，

34、T25-50d21）條件下，Expansin于15 d左右達(dá)到表達(dá)高峰，這與纖維的伸長(zhǎng)速率呈高度正相關(guān)。該結(jié)果進(jìn)一步說明Expansin在纖維細(xì)胞的伸長(zhǎng)過程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用。結(jié)果同時(shí)說明，低溫條件下，纖維細(xì)胞中Expansin的表達(dá)到達(dá)峰值的時(shí)間推后且維持高表達(dá)的時(shí)間加長(zhǎng)，這可能是因?yàn)榈蜏叵吕w維素合成速率顯著下降，纖維完成伸長(zhǎng)所需的時(shí)間加長(zhǎng)，細(xì)胞自身的反饋促進(jìn)機(jī)制調(diào)節(jié)Expansin的表達(dá)從而使其維持高表達(dá)的時(shí)間延長(zhǎng)。這也在一定程度上進(jìn)一步縮短了低溫下纖維的加厚發(fā)育時(shí)間并進(jìn)而降低了低溫條件下形成的纖維比強(qiáng)度。中部果枝棉鈴的高強(qiáng)度可能也與其纖維伸長(zhǎng)發(fā)育的快速完成及較長(zhǎng)的纖維加厚發(fā)育時(shí)間相關(guān)。

35、隨著纖維發(fā)育的推移，單位鮮重-1,3-葡聚糖酶的酶活下降，但該酶基因的表達(dá)量在整個(gè)細(xì)胞代謝過程中所占的比例卻不斷提高，其活性及表達(dá)量與纖維的伸長(zhǎng)速率高度相關(guān)，該結(jié)果也在某種程度上說明在纖維伸長(zhǎng)發(fā)育全過程中，-1,3-葡聚糖酶具有較高的表達(dá)量并可能在整個(gè)纖維發(fā)育過程中都具有很高的活性，是影響纖維發(fā)育及比強(qiáng)度形成的重要因子，但其在纖維發(fā)育過程中確切作用和詳細(xì)機(jī)制尚有待進(jìn)一步的深入研究。蔗糖合成酶基因在纖維細(xì)胞中表達(dá)量隨鈴齡增加而下降，同時(shí)其表達(dá)受低溫誘導(dǎo)，溫度下降，表達(dá)量上升，上述結(jié)果說明蔗糖合成酶作為纖維發(fā)育過程中的重要酶7, 8，其對(duì)溫度及棉鈴生理年齡變化非常敏感。相應(yīng)低溫條件下纖維的累積速率

36、及纖維的比強(qiáng)度顯著低于常溫條件，而作為纖維素合成底物UDPG的供應(yīng)者，其在低溫及較高鈴齡條件下活性的快速降低可能是導(dǎo)致低溫下纖維素累積速率下降，進(jìn)而降低纖維伸長(zhǎng)速率和加厚速率，并最終導(dǎo)致纖維比強(qiáng)度極顯著下降的重要甚至關(guān)鍵性因素。蔗糖合成酶分為膜結(jié)合蔗糖合成酶及溶于胞質(zhì)的蔗糖合成酶。本研究未能對(duì)細(xì)胞中兩種形式的蔗糖合成酶的活性變化及基因表達(dá)進(jìn)行細(xì)分研究，進(jìn)一步研究可從細(xì)胞定位、酶基因編碼的多態(tài)性等角度將兩者分開，分別研究它們?cè)诶w維素合成中的表達(dá)及活性變化，為進(jìn)一步闡述棉纖維中纖維素合成機(jī)理提供更充分依據(jù)。4 結(jié)論Expansin在棉纖維細(xì)胞中的表達(dá)量于鈴齡15 d左右達(dá)到高峰，但在低溫條件下，棉

37、纖維細(xì)胞中Expansin的表達(dá)到達(dá)峰值的時(shí)間推后且維持高表達(dá)的時(shí)間延長(zhǎng)；-1,3-葡聚糖酶是影響棉纖維發(fā)育及比強(qiáng)度形成的重要因子，該酶的活性及基因表達(dá)量與棉纖維伸長(zhǎng)速率高度相關(guān)；蔗糖合成酶基因在棉纖維細(xì)胞中表達(dá)量隨鈴齡增加而下降，作為棉纖維發(fā)育過程中的重要酶，其基因表達(dá)量對(duì)溫度及鈴齡變化非常敏感，溫度下降，表達(dá)量上升，蔗糖合成酶活性的下降可能是導(dǎo)致低溫下棉纖維素累積速率下降的關(guān)鍵因素。推測(cè)Expansin、-1,3-葡聚糖酶及蔗糖合成酶基因的協(xié)同表達(dá)可能在極大程度上決定棉纖維最終比強(qiáng)度。References1黃駿麒. 中國(guó)棉作學(xué). 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社, 1998: 237-239.H

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