植物乳汁管生長發(fā)育調(diào)控的研究進展

1、植物乳汁管生長發(fā)育調(diào)控的研究進展植物乳汁管生長發(fā)育調(diào)控的研究進展乳汁管Latiifer是存在于許多植物中的一種分泌構造，這種構造或是由單個細胞形成的管狀構造無節(jié)乳汁管，或是由一系列相連接的細胞組成的管狀構造有節(jié)乳汁管。自然界中大約有12500種植物中存在乳汁管，而這些植物大約分屬22個科900個屬，大多數(shù)為雙子葉植物，只有少數(shù)為單子葉植物和蕨類植物1。乳汁管的生物學功能很多，如具有貯藏和運輸營養(yǎng)物質(zhì)、吸收氧氣、調(diào)節(jié)水分平衡和保護植物體等作用1-2。其中，最重要的功能是保護作用，主要在于乳汁管具有完善的凝血系統(tǒng)，即在植物受到外界損傷后，乳汁管中流出的乳汁可以很快凝結成膠狀物質(zhì)并覆蓋創(chuàng)傷面，此外，

2、乳汁細胞具有毒性，可以使植物免受外界真菌及其他生物的損害。乳汁管中的乳汁具有重要的藥用價值和經(jīng)濟價值，如罌粟Papaversniferu的乳汁有麻醉止痛、催眠鎮(zhèn)痙、止瀉、止咳等成效3;桑rusalba的乳汁對部分細菌有明顯抑制作用，尤其對變形桿菌、鏈球菌、靈菌的抑制效果最正確4;橡膠樹Heveabrasiliensis、橡膠草Taraxaukk-saghyz和無花果Fiusaria的乳汁是消費天然橡膠的主要原料;產(chǎn)于熱帶美洲的山欖科植物人心果Ahrassapta的乳汁可用于制作口香糖。為此，探究乳汁管的生長發(fā)育過程及調(diào)控就具有非常重要的理論意義和理論價值。本文綜述了植物乳汁管生長發(fā)育調(diào)控的研究

3、進展，使人們更好地認識植物乳汁管的生長發(fā)育規(guī)律，為乳汁管生長發(fā)育的調(diào)控以及植物乳本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理汁的開發(fā)利用提供根底資料。1與乳汁管生長發(fā)育相關的蛋白質(zhì)的研究乳汁管中存在大量的乳汁，乳汁的成分極端復雜，在含乳汁成分的不同植物中以及在不同地點生長的一樣物種中，乳汁成分以及含量均有所差異。除含有50%80%的水分外，還含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、激素、酶、蠟、淀粉、萜烯類物質(zhì)、揮發(fā)油、固醇、樟腦、結晶體、類胡蘿卜素、單寧、植物堿、鹽類、樹脂及橡膠等物質(zhì)。隨著二維凝膠電泳、多維液相色譜、質(zhì)譜、蛋白質(zhì)芯片和同位素標記親和標簽等技術的成熟，人們開場重視乳汁中蛋白質(zhì)組學的研究，一些蛋白質(zhì)不

4、僅在植物生長發(fā)育及乳汁管的發(fā)育中有著重要作用，而且其中一些酶類還參與以上代謝產(chǎn)物的合成。Nessler等5從罌粟的乳汁中，別離出一組特異的低分子量蛋白質(zhì)大約20ku，稱作主要乳汁蛋白LPs。隨后，通過免疫印跡實驗發(fā)現(xiàn)這些主要乳汁蛋白主要存在于乳汁管部分，其他部位那么不存在。LPs可能包括L-3，4-二羥苯丙氨酸脫氫酶，此酶存在于乳汁上清液中，是生物堿合成過程中的關鍵酶6。Nart等7利用雙向電泳技術別離了白屈菜helidniuajus乳汁中的蛋白質(zhì)組分，并用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術鑒別出了21種蛋白質(zhì)，其中包括：參與卡爾文循環(huán)的蛋白、與疾病防御相關的蛋白、核酸結合蛋白、信號轉導蛋白等。Zha等8

5、采用SDS電泳、雙向電泳以及質(zhì)譜分析技術對甘遂Euphrbiakansui乳汁中的蛋白組分進展了別離和鑒別，共鑒別出了125種蛋白質(zhì)，按其功能分為3類：乳汁管發(fā)育相關蛋白、疾病和防御反響相關蛋白以及參與細胞一般代謝的蛋白新陳代謝、能量產(chǎn)生、信號轉導及次級代謝等，同時也成功檢測出了乳汁管在兩個不同發(fā)育階段的19種差異表達蛋白，并指出過氧化物酶、細胞色素P450單加氧酶超家族、脂肪氧合酶和多耐藥性蛋白AB轉運體家族可能參與乳汁管發(fā)育、次生代謝物合成和運輸。Daat等9通過組合式肽配體庫PLL技術深化探究了橡膠樹乳汁的蛋白質(zhì)組，比常規(guī)方法多檢測出了64種低豐度的蛋白質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了4種新的橡膠樹乳汁過敏

6、原。乳汁管中的許多蛋白質(zhì)與植物的防御系統(tǒng)息息相關。breg等10通過蛋白質(zhì)組學和分子生物學技術從馬利筋Aslepiasurassavia乳汁中別離出兩種同工酶a和a，它們屬于半胱氨酸肽酶，這種酶在乳汁管的發(fā)育過程中起著降解蛋白質(zhì)的作用。同時，Shivaprasad等11證實，馬利筋乳汁中的半胱氨酸蛋白酶通過抑制纖維蛋白原的特異性裂解來影響凝血過程，從而到達止血的目的，這就解釋了為何人們可以使用某些植物的乳汁來對新傷口進展止血的原因，同時也證明了植物可以憑借乳汁管的完善的凝血系統(tǒng)來防止外界病原菌感染。Ras等12利用離子交換色譜和反相高效液相色譜技術從橡膠紫茉莉ryptstegiagrandif

7、lra乳汁中純化出半胱氨酸肽酶，并通過實驗證實半胱氨酸肽酶能與其他防御蛋白協(xié)同作用保護植物體免受病原體的侵襲。Kitajia等13指出桑乳汁管專門積累與生物脅迫相關的防御蛋白，如-1，3-葡聚糖酶，哈茨木霉幾丁質(zhì)酶V，滲調(diào)蛋白和凝集素等。harenthiphakrn等14從橡膠樹乳汁中純化出煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸-醌復原酶NADPH-QR，該酶可以降低對苯二酚的含量，從而維持膠狀乳汁的穩(wěn)定性。NADPH-QR活性的上下可作為預測橡膠產(chǎn)量的一個指標，以便在早期選擇優(yōu)勢幼苗來進步橡膠產(chǎn)量。在白屈菜的乳汁中也鑒別出了和NADPH-QR活性類似的1，4-對苯醌復原酶7。橡膠樹的乳汁中含有許多能將多種

8、底物合成橡膠的酶類，其中羥甲基戊二酰輔酶AHG-A復原酶是橡膠合成的關鍵酶15。Skrukrud16從續(xù)隨子Euphrbialathyris的乳汁中別離出了HG-A復原酶和HG-A裂解酶，認為HG-A是將醋酸鹽轉化為三萜類化合物過程中的限速酶。乳汁中的果膠酶和纖維素酶常與乳汁管的生長和發(fā)育親密相關。ilsn等17從馬利筋乳汁中純化出果膠酶，指出該酶有溶解胞間層的作用，可能參與無節(jié)分枝乳汁管細胞的侵入生長，并且通過松散細胞壁物質(zhì)而促進乳汁管細胞延伸生長。幾年后，Allen等18對夾竹桃Neriuleander乳汁管中的果膠酶進展了細胞化學定位，發(fā)現(xiàn)果膠酶定位在乳汁管細胞的中央液泡里，并且在乳汁管

9、細胞和鄰近細胞的胞間層中也有少量果膠酶存在，從而證明果膠酶參與無節(jié)乳汁管細胞的侵入生長。Sheldrake19發(fā)現(xiàn)有節(jié)乳汁管的乳汁中存在纖維素酶，但無節(jié)乳汁管的乳汁中不存在該種酶，因此認為在有節(jié)乳汁管分化過程中纖維素酶起著溶解端壁的作用。甘遂乳汁管發(fā)育早期，其細胞質(zhì)濃重，所含細胞器數(shù)量多且種類豐富，包括大量的核糖體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體和質(zhì)體等。而在乳汁管發(fā)育末期，成熟的乳汁管中細胞器已經(jīng)無法區(qū)分，含有一個中央大液泡，其內(nèi)充滿了乳汁顆粒。并且，利用細胞化學和電子顯微技術在甘遂的乳汁管中發(fā)現(xiàn)酸性磷酸酶，該酶的反響產(chǎn)物在中央大液泡的膜上以及線粒體和質(zhì)體周圍聚集成堆，而且在乳汁管發(fā)育晚期形成的小

10、液泡也包含酸性磷酸酶的反響產(chǎn)物。證明乳汁管分化過程中的細胞器的降解與酸性磷酸酶有關20。2與乳汁管生長發(fā)育相關的基因研究在乳汁管生長發(fā)育相關基因的研究方面，主要開展的是割膠及生長調(diào)節(jié)物質(zhì)處理對植物乳汁管生長發(fā)育相關基因表達的影響。許多研究者利用RAE與RT-PR等技術對乳汁管發(fā)育相關的基因進展了克隆及表達分析。Zha等21克隆出在乳汁管中含量豐富的HblY1和HblY2，機械創(chuàng)傷和乙烯利顯著上調(diào)HblY1的表達，但對HblY2的表達作用很小;連續(xù)的割膠，顯著下調(diào)HblY2的表達，而上調(diào)HblY1的表達;在用茉莉酸處理后，HblY2和HblY1的表達呈互相起伏的關系。hen等22克隆出HbERE

11、BP1基因，證明割膠和機械創(chuàng)傷會下調(diào)該基因的表達，認為該基因是乳汁管中的負調(diào)節(jié)防御基因。Li等23從巴西橡膠樹中別離出3個ADS-bx基因，分別稱作HbADS1，HbADS2和HbADS3。在乳汁管細胞中，HbADS1和HbADS3的轉錄能被茉莉酸誘導，然而HbADS2不能被誘導，推測它們可能對天然橡膠的生物合成和植株胚胎形成起重要作用。陳月異等24從巴西橡膠樹乳汁管中克隆出HbRKY1基因，實時熒光定量PR分析說明，割膠和乙烯刺激顯著上調(diào)HbRKY1基因的表達，但茉莉酸和機械傷害對HbRKY1的表達沒有明顯影響，說明HbRKY1可能在乙烯信號途徑對防衛(wèi)蛋白的調(diào)節(jié)中起重要作用。鄧治等25從橡膠

12、樹中克隆出細胞內(nèi)谷胱甘肽GSH生物合成的限速酶-谷氨酰半胱氨酸合成酶GS，得出安康橡膠樹膠乳中GS表達量高于死皮樹的結論，并認為GS可能通過調(diào)控橡膠樹體內(nèi)GSH的含量來影響產(chǎn)膠和死皮。聶智毅等26克隆出AB轉運蛋白HbGN1，基因表達分析顯示，HbGN1主要在橡膠樹樹皮及膠乳中表達，且在乙烯、茉莉酸或機械損傷誘導下上調(diào)表達，推測其可能與橡膠生物合成相關。邱瓊等27克隆出巴西橡膠樹HbNA1基因，指出該基因在膠乳中的表達量較高，經(jīng)乙烯利刺激后其在膠乳中的表達量顯著增加。許慧敏28對該基因進展半定量RT-PR表達分析，結果說明HbNA1基因的表達應茉莉酸刺激而顯著上調(diào)，暗示HbNA1基因可能是茉莉

13、酸途徑中的關鍵信號分子，推測HbNA1基因能誘導乳汁管的分化。Sandeep等29克隆出巴西橡膠樹中的SRPP啟動子后，利用轉基因技術將SRPP啟動子轉入短角蒲公英Taraxaubrevirniulatu植株中進展組織化學定位和表達分析，證明SRPP啟動子主要誘導產(chǎn)乳汁組織中基因的表達，光照、割膠和低溫脅迫都對它的表達產(chǎn)生影響，是橡膠生物合成的關鍵基因。Qin等30在橡膠樹乳汁轉錄組數(shù)據(jù)庫和基因組數(shù)據(jù)庫中檢索出5種HbRPHbRP1-HbRP5基因，實時定量PR顯示5種HbRP基因在乳汁中高度表達，HbRP3和HbRP5與乳汁的再生和死皮病的發(fā)生相關，HbRP5還與細胞分裂素介導的信號途徑有關

14、，可能參與乳汁管的分化和發(fā)育。此外，還克隆出來一些與乳汁管生長發(fā)育相關的基因，如HbS131、HbSPS132、HbSUT533、HbHDT134、HbSKP135等，但這些基因在乳汁管分化及乳汁分泌上發(fā)揮的實際作用尚未被證實。3生態(tài)因子對植物乳汁管生長發(fā)育的調(diào)控生態(tài)因子是影響乳汁管生長發(fā)育的重要因素之一。溫度和濕度不同，巴西橡膠樹的乳汁管分化和分布情況不同。趙中奇36對不同溫度、濕度條件下巴西橡膠樹乳汁管的列數(shù)進展比擬分析后指出，溫度和濕度的增加均有利于乳汁管的發(fā)育，高溫而無高濕不利于乳汁管發(fā)育。他還指出，同一株橡膠樹不同側面的乳汁管發(fā)育也有差異，通常在向陽面乳汁管列數(shù)和密度較大，這可能與莖

15、干韌皮部承受的日照強度和熱量有關。緯度和海拔對乳汁管發(fā)育也有一定影響。種植在低緯度區(qū)與高緯度區(qū)的橡膠樹，不管是乳汁管列數(shù)、密度、口徑均隨緯度增加而減少，相反，緯度降低那么列數(shù)、密度、口徑增加。因此，高緯度是乳汁管發(fā)育的限制因素。在同緯度不同海拔高度種植的橡膠樹，乳汁管列數(shù)、密度、口徑均隨著海拔升高而減少。因此，同緯度地區(qū)，海拔升高是乳汁管發(fā)育的限制因素36。土壤類型和土壤中的營養(yǎng)成份也嚴重影響乳汁管的分化。生長在優(yōu)質(zhì)土壤中的橡膠樹每年增加的乳汁管列數(shù)明顯多于生長在貧瘠土壤中的橡膠樹，施用適當?shù)牡V質(zhì)元素，乳汁管形成的速率加快37。某些化學元素缺乏也會對乳汁管的分化產(chǎn)生影響，當K、S、N、g等元素

16、缺乏時，乳汁管數(shù)目和直徑均減小;當Fe、a元素缺乏時，乳汁管細胞數(shù)目增加而直徑減小38。4割膠對植物乳汁管生長發(fā)育的調(diào)控割膠能促進天然橡膠的生物合成，是天然橡膠消費的重要環(huán)節(jié)之一。郝秉中和吳繼林通過實驗證實割膠可以促進乳汁管分化39，后來他們把割膠的作用分解為機械損傷和排膠兩個方面，證明割膠促進乳汁管分化主要是排膠的作用40。機械傷害可以誘導這些部位的維管形成層分化出次生乳汁管。排膠促進乳管分化可以解釋采膠消費中的假設干現(xiàn)象，例如未到達割膠標準的幼樹預先割膠能使正式割膠時的產(chǎn)量顯著進步。于俊紅等41的實驗顯示，割膠樹和未開割樹的有輸導功能的韌皮部的細胞層數(shù)沒有明顯差異，但割膠樹有輸導功能的韌皮

17、部內(nèi)乳汁管列數(shù)約為未割膠樹的2倍。因此，割膠顯著進步了維管形成層乳汁管的分化。目前，割膠促進乳汁管發(fā)育的分子機制還在探究中。Ha等40和楊署光等42均通過實驗證明割膠誘導膠乳中內(nèi)源茉莉酸的生成，從而促進乳汁管的分化。Tian等43證明割膠和機械損傷顯著上調(diào)HbJAZ1基因的表達，而這種基因可以響應乳汁管中的茉莉酸信號。雖然割膠可以促進乳汁管的發(fā)育，但割膠后乳汁管傷口堵塞物的形成又會降低排膠速度和產(chǎn)量，關于傷口堵塞物的主要成分目前尚在爭議之中，有人認為是橡膠凝塊44，還有人認為是蛋白質(zhì)網(wǎng)和橡膠粒子聚集物45。史敏晶等46綜述了乳管傷口堵塞物形成的調(diào)節(jié)因子，包括膠乳的pH值、活性氧、活性氧去除系統(tǒng)

18、和乙烯，是否有其他調(diào)節(jié)因子調(diào)控堵塞物的形成還有待研究。5生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對植物乳汁管生長發(fā)育的調(diào)控利用生長調(diào)節(jié)物質(zhì)等化學調(diào)控技術調(diào)節(jié)橡膠樹的產(chǎn)膠和排膠過程，一直是橡膠消費和理論研究的重要內(nèi)容。生長調(diào)節(jié)物質(zhì)能影響維管形成層的活動，從而影響次生乳汁管組織的發(fā)育。目前，常被人用來探究乳汁管發(fā)育的生長調(diào)節(jié)劑有IAA吲哚-3-乙酸、2，4-D2，4-二氯苯氧乙酸、GA3赤霉素、KT沖動素、乙烯和茉莉酸等。IAA能促進再生樹皮中乳汁管列的增加但不影響韌皮部中乳汁管細胞所占的比例，而GA3和2，4-D那么使乳汁管列比例下降47-48。乙烯能促進許多產(chǎn)乳汁植物分泌組織的分化，尤其是次生乳汁管，人們發(fā)現(xiàn)施用乙烯利能

19、進步橡膠產(chǎn)量，其增產(chǎn)原因存在4種解釋：1乙烯利加速乳汁管細胞的糖酵解，使細胞質(zhì)堿化，促進膠乳的代謝49;2乙烯利可以延長排膠時間到達增產(chǎn)目的，但其通過何種機制延長排膠時間尚無確切證據(jù)46;3乙烯利誘導乳汁管產(chǎn)生愈傷反響，使水分與養(yǎng)分向愈傷部位運輸，從而強化了產(chǎn)膠與排膠機能，形成一個短暫的增產(chǎn)小頂峰50;3乙烯利解除膠乳合成過程中關鍵酶的基因的阻遏作用，使胞液糖酵解途徑激活，加快異戊二烯的合成51。橡膠樹施用乙烯利后，雖然有利于乳膠再生，但是也表現(xiàn)出一定程度的副作用。乙烯利刺激排膠的同時，也將乳汁管中的大量重要化學物質(zhì)排出，使乳汁管中的防御系統(tǒng)失衡，黃色體破裂，膠乳凝固，引起樹皮的部分衰老和死亡

20、52。為此，發(fā)現(xiàn)新的生物產(chǎn)品或方法來代替乙烯利實現(xiàn)增產(chǎn)還有待探究。有報道稱茉莉酸及其前體物質(zhì)亞麻酸不僅能誘導橡膠樹幼苗次生乳汁管分化40，而且能促進開割和未開割成齡橡膠樹乳汁管的分化41。劉慧芳等53研究了茉莉酸和其他激素對巴西橡膠樹乳管分化的協(xié)同作用，實驗結果顯示，一定濃度的茉莉酸和6-BA6-芐基腺嘌呤同時施用比單獨施用茉莉酸能誘導形成更多的次生乳汁管，而一定濃度的茉莉酸和脫落酸共施與單獨施用茉莉酸相比，誘導形成的次生乳汁管數(shù)目那么減少。目前對茉莉酸調(diào)控橡膠樹乳汁管分化的分子機制仍然不清楚，但已有人在基因程度上證實割膠后乳汁內(nèi)源茉莉酸含量顯著高于未開割樹42，并且通過挑選茉莉酸刺激乳汁管分

21、化時期的橡膠樹樹皮組織DNA差減文庫，獲得了4條與茉莉酸誘導乳管分化相關的AP2/EREBP家族轉錄因子基因的EST，隨后采用RAE法完好地克隆了這4個AP2/EREBP基因，推測AP2/EREBP基因可能在茉莉酸誘導橡膠樹乳汁管分化過程中起著重要的調(diào)控作用54。許多研究者使用不同種類和濃度的生長調(diào)節(jié)物質(zhì)來進展植物乳汁管的組織培養(yǎng)實驗55-57，從而研究乳汁管的發(fā)育。Suri等56將白花牛角瓜altrpisprera的種子處理后，在S培養(yǎng)基中參加不同種類和濃度的激素進展組織細胞懸浮培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)乳汁管分化是一個依賴細胞分裂素的過程，KT比6-BA和2-IP異戊烯酰嘌呤促進乳汁管分化的效果明顯，IA

22、A比6-BA和NAA萘乙酸效果明顯，而2，4-D那么抑制乳汁管的分化。當配合使用KT和IAA后，培養(yǎng)基中乳汁管的分化到達了最大值。Pst等57用乳汁管特異性的潮霉素抗性質(zhì)粒對短角蒲公英進展了基因轉化，然后懸浮培養(yǎng)轉基因細胞組織，誘導乳汁管特異生長，發(fā)現(xiàn)用含有甲羥戊酸內(nèi)酯的培養(yǎng)基培養(yǎng)的愈傷組織中順式1，4-異戊二烯聚合物天然橡膠的主要成分的積累增加了17倍，說明甲羥戊酸內(nèi)酯對橡膠生物合成具有顯著的促進作用。植物乳汁管的生長發(fā)育除了與蛋白質(zhì)、基因、生態(tài)因子、割膠和生長調(diào)節(jié)物質(zhì)有關外，還與物種基因型和植株的發(fā)育階段有關。Tan等58通過組織化學和免疫組織化學研究了巴西橡膠樹花藥愈傷組織培養(yǎng)過程中乳汁管的發(fā)生規(guī)律，證明愈傷組織中乳汁管細胞的發(fā)生頻率具有基因依賴性，與體細胞的胚胎發(fā)生才能呈負相關性。胚胎發(fā)生才能低的基因型能產(chǎn)生較多的乳汁管細胞，而且乳汁管簇僅在這些基因型中發(fā)現(xiàn)。李政等59比擬二倍體與四倍體綠玉樹Euphrbiatirualli乳汁管發(fā)育差異后指出，一樣成熟度四倍體綠玉樹初級乳汁管的數(shù)量和直徑都較二倍體顯著減少。乳汁管生長發(fā)育狀況隨植物體發(fā)育階段的變