活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭促進(jìn)小麥幼苗生長，活性炭具有很高的吸附性，可以用于促進(jìn)植物組織培養(yǎng)中的幼苗生長。

　　活性炭的大表面積可以吸附許多物質(zhì)。有專門用于植物組織培養(yǎng)的活性炭，可以改善生長發(fā)育。它可以吸附培養(yǎng)基中存在的有害物質(zhì)，包括瓊脂中的雜質(zhì)，高壓滅菌過程中蔗糖產(chǎn)生的5-羥甲基糠醛，培養(yǎng)基中外植體分泌的苯醌，以及培養(yǎng)基中可用的有益物質(zhì)，例如生長調(diào)節(jié)劑，維生素B6，葉酸和煙酸。關(guān)于其作用的報(bào)道很多，例如抗褐變，提高原代培養(yǎng)存活率，促進(jìn)黑暗中的芽增殖和幼苗生長以及促進(jìn)生根。然而，活性炭促進(jìn)植物生長的作用機(jī)理是我們這次的關(guān)注點(diǎn)。

　　面包小麥?zhǔn)侨�球種植廣泛的作物，種植面積超過2.2億公頃。它是全球30%人口的主食。作為常規(guī)技術(shù)，胚胎培養(yǎng)已廣泛用于遠(yuǎn)距離雜交，快速農(nóng)作物發(fā)育和單倍體育種，并促進(jìn)了新小麥品種的開發(fā)。在本次介紹中，通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序比較了在有或沒有活性炭的條件下培養(yǎng)的10日齡小麥幼苗的基因表達(dá)。是為進(jìn)一步研究活性炭促進(jìn)未成熟小麥胚發(fā)育的機(jī)制。

　　活性炭促進(jìn)小麥幼苗生長的測(cè)試條件

　　將小麥幼穗的中間部分去皮，用1.5%NaClO滅菌15分鐘，然后用蒸餾水徹底沖洗。然后，剝?nèi)ノ闯墒斓呐咛�，將盾片向下接種于基礎(chǔ)培養(yǎng)基或有4 g/L活性炭的基礎(chǔ)培養(yǎng)基中。每組準(zhǔn)備十個(gè)生物學(xué)復(fù)制品，每個(gè)復(fù)制物中含10個(gè)未成熟胚。取10個(gè)5日齡和10個(gè)10日齡的幼苗，以確定干重，葉和根的鮮重，葉長，葉數(shù)，第一葉面積，根長和根數(shù)。在10天大的幼苗中測(cè)量與生長相關(guān)的生化指標(biāo)。根活性通過萘胺TCC比色法測(cè)定。用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖，用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定可溶性蛋白質(zhì)含量，用單寧法測(cè)定總酚含量。從基礎(chǔ)和活性炭培養(yǎng)基上生長的40個(gè)10天培養(yǎng)幼苗中，分別收集根和葉。每個(gè)樣品包含20個(gè)獨(dú)立的葉子或20個(gè)獨(dú)立的根。將每個(gè)樣品的兩個(gè)生物學(xué)重復(fù)樣品配對(duì)，立即在液氮中冷凍，并保存在-80°C下。

　　小麥幼苗生理生化指標(biāo)的影響

　　簡而言之，我們?cè)诨�礎(chǔ)培養(yǎng)基或活性炭培養(yǎng)基中從小麥幼苗進(jìn)行體外培養(yǎng)，并在5次后收集幼苗和/或10天進(jìn)行生理和生化分析。5天大的幼苗中的葉面積尚未確定，因?yàn)樵诖穗A段葉片未展開。對(duì)于5日齡和10日齡的幼苗， 活性炭上的生長速率顯著高于基礎(chǔ)培養(yǎng)基上的生長速率。10天齡幼苗的生化分析結(jié)果表明，與普通培養(yǎng)基相比，活性炭促進(jìn)了小麥幼苗的根系活性并顯著增加了可溶性蛋白質(zhì)含量，而總酚和可溶性糖含量卻低于普通培養(yǎng)基。

　　圖1：圖像顯示在活性炭或普通培養(yǎng)基中生長5天(a)或10天(b)的小麥幼苗。

　　活性炭刺激苯丙烷代謝

　　苯丙烷代謝途徑在植物中具有很高的生理意義，因?yàn)樗�直接和間接在苯丙烷骨架中產(chǎn)生所有物質(zhì)。在培養(yǎng)基中存在活性炭的幼苗中，上調(diào)了9類基因。苯丙氨酸解氨酶基因被積極表達(dá)。氨基酸苯丙氨酸向反肉桂酸的轉(zhuǎn)化是碳從植物的初級(jí)代謝進(jìn)入苯基丙烷類二級(jí)代謝的進(jìn)入步驟。苯丙烷途徑可產(chǎn)生中間產(chǎn)物，例如反式肉桂酸，香豆酸，阿魏酸和芥子酸。這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)化為香豆素，綠原酸和反香豆酸輔酶A酯，它們可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為次級(jí)代謝產(chǎn)物，例如木質(zhì)素，類黃酮，異黃酮，生物堿和苯甲酸酯糖苷。這些產(chǎn)品在植物生長和發(fā)育的重要作用，這些物質(zhì)的含量密切相關(guān)的苯丙氨酸解氨酶活動(dòng)，這是非常重要的植物生理學(xué)。苯丙氨酸解氨酶的生理作用之一是促進(jìn)細(xì)胞分化和植物生長�？梢员砻�，向生長培養(yǎng)基中添加活性炭可以至少部分地通過促進(jìn)苯丙氨酸解氨酶來加速幼苗的生長。

　　活性炭促進(jìn)小麥幼苗生長，至少在某種程度上，它可以通過促進(jìn)與細(xì)胞分化和幼苗生長有關(guān)的苯丙烷生物合成途徑中某些基因的表達(dá)以及與激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的基因的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。活性炭刺激與苯丙烷生物合成有關(guān)的基因表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞分化和幼苗生長，并通過調(diào)節(jié)植物激素信號(hào)傳導(dǎo)抑制生長抑制基因的表達(dá)。這項(xiàng)研究的結(jié)果初步表明，活性炭是可以促進(jìn)小麥幼苗生長的。

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