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环境应力对中华猕猴桃（Actinidia chinensis）组织培养过程生物学效应的初步研究

作　者: 阳小成
导　师: 杨瑞芳
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 中华猕猴桃环境应力愈伤组织试管苗生物学效应
分类号: Q943.1
类　型: 博士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

环境应力（包括机械振荡、声波刺激、静电磁场处理等）对植物细胞、组织生长发育作用的研究已越来越受到国内外科学家的关注。对它的研究，可丰富植物生理学、细胞生物学等方面的研究内涵，而且对繁育植物优良品种、增强植物对环境的适应性以及实现规模化高效农业新技术等方面都具有重要意义。本课题以声波刺激和机械振荡为加载方式，以中华猕猴桃（ Actinidia chinensis ）茎段的愈伤组织和试管苗为研究对象，主要研究这些环境应力对植物细胞生长规律、保护酶活性、细胞质膜结构和功能，能量代谢及其对试管苗的光合、呼吸和根系活力等的影响作用。实验结果表明这些物理因素对植物细胞组织的生长有双向效应，在适度的应力条件作用下将有利于猕猴桃的生长发育。研究的主要结果如下：1. 在对环境应力效应的的研究实验中，随着机械振荡或声波的强度和频率的增加，猕猴桃愈伤组织鲜重的增长率、SOD活性、可溶性蛋白质含量、ATP含量等指标均较对照有程度不同的升高。表明适度的环境应力有利于植物的生长发育和抗逆性的提高；研究发现，最适宜的振荡频率为3 Hz左右，而最适声强和频率范围分别为100 dB和1000 Hz左右，在此条件下环境应力能显著地促进植物的生长；但当超过这一应力作用范围后，上述指标又有下降的趋势，表明这时的环境应力已不再继续有利于、甚至开始抑制植物的正常发育。IAA氧化酶活性和组织中钙元素的吸收率这两个指标的变化趋势则与之相反，但从另外的角度说明了同样的生理意义。这与本实验室此前对草本植物非洲雏菊（Gerbera Jamesonii acrocarpous）的相应研究结果相似。2．对于试管苗的应激效应，情况与愈伤组织有所不同。适度的物理刺激虽能不同程度地提高猕猴桃幼苗的光合速率，或能减小其呼吸强度，从而有利于植物营养物质的积累和生物量的增加，但这一促进作用从统计学角度看并不太显著。而从试管苗的生根能力、分根数量和根系活力等有关根系发育的指标上看，环境应力无论是机械振荡还是声波刺激，其促进作用均很明显，而且仍然以3 Hz左右的振荡或100 dB或1000Hz左右的声波刺激效果最为明显。此外，反映植物抗逆性大小的质膜通透性指标也有与此相似的正效应，说明适度的振荡或声波刺激将使细胞质膜的通透性降低，从而有利于植物对逆境抗性的提高或改善。关于猕猴桃对机械振荡和声波刺激的应激效应的内在机理，本文结合相关的研究报告或参考文献，从宏观的植物生理学，微观的细胞生物学以及分子生物学的角度进行了较为广泛深入的探讨，尤其是对在生物体内的Ca2+作为第二信使在植物应<WP=5>激效应中的作用进行了重点关注。钙在近年的生物学，包括对植物应激效应的研究中越来越受到重视，并且关于其独特而重要的作用已得广泛的共识，认为Ca2+与生长素、细胞分裂素协同作用，调节和启动有关基因的表达，合成核酸和蛋白质,为愈伤组织的发生、形成以及增殖奠定基础。植物对环境应力的生物学效应很复杂，本文的工作仅属初步的基础性研究,其确切而详细的作用机理尚有待今后的研究工作进一步的深入探索。

全文目录

中文摘要  4-6
英文摘要  6-11
1 绪论  11-27
  1．1 植物力学概念的提出及研究的意义  11-14
    1．1．1 植物力学的概念及其起源  11-12
    1．1．2 环境应力及植物的应激效应  12-14
    1．1．3 植物力学的研究意义  14
  1．2 国内外植物力学研究的现状与进展  14-17
    1．2．1 国际上植物力学研究的现状与进展  14-16
    1．2．2 国内植物力学研究的现状与进展  16-17
  1．3 力学方法在植物学研究中的应用综述  17-22
    1．3．1 振荡刺激对草本植物生长发育的影响  17-18
    1．3．2 强声波（或超声波）刺激对植物的作用  18-20
    1．3．3 电（磁）场对植物生长发育的影响  20-21
    1．3．4 微重力状态（或空间环境）对植物的影响  21-22
  1．4 植物力学发展前景展望  22-23
  1．5 本文研究的目的和主要内容  23-27
    1．5．1 本文研究的目的  23-24
    1．5．2 本文研究的主要内容  24
    1．5．3 本研究的技术路线  24-27
2 实验材料和应力加载  27-37
  2．1 立题依据  27-28
    2．1．1 木本植物组培研究的现状  27
    2．1．2 木本植物组培研究的意义  27-28
  2．2 研究对象的选择及其组培  28-32
    2．2．1 中华猕猴桃的选择依据  28-29
    2．2．2 猕猴桃的组织培养  29-32
  2．3 环境应力的加载  32-34
    2．3．1 机械振荡对植物的应激效应  32-33
    2．3．2 声波刺激对植物应激效应  33-34
  2．4 研究方案  34-37
    2．4．1 单因子实验设计  34
    2．4．2 生理学实验及方法  34-37
3 应激效应研究中生理指标的测定方法  37-47
  3．1 环境应力对猕猴桃愈伤组织生理效应的指标测定  37-40
    3．1．1 对愈伤组织生长影响的测定  37
    3．1．2 对可溶性蛋白质含量影响的测定  37-38
    3．1．3 对SOD活性影响的测定  38-39
    3．1．4 对IAA氧化酶活性影响的测定  39-40
    3．1．5 对ATP含量影响的测定  40
    3．1．6 对愈伤组织中Ca含量的测定  40
  3．2 环境应力对猕猴桃试管苗的生理效应的实验研究  40-47
    3．2．1 对试管苗光合作用效率影响的测定  41-42
    3．2．2 对呼吸作用效率影响的测定  42
    3．2．3 对质膜通透性影响的测定  42-43
    3．2．4 对根系活力影响的测定  43-45
    3．2．5 根系总长和分根数量影响的测定  45-47
4 机械振荡对猕猴桃应激效应的研究  47-59
  4．1 机械振荡对猕猴桃愈伤组织的生理效应  47-52
    4．1．1 实验方法  47
    4．1．2 实验结果及分析  47-52
    4．1．3 本节小结  52
  4．2 机械振荡对猕猴桃试管苗的生理效应  52-57
    4．2．1 研究方法  52
    4．2．2 实验结果与分析  52-57
    4．2．3 本节小结  57
  4．3 本章结语  57-59
5 声波刺激对猕猴桃应激效应的研究  59-71
  5．1 声波对猕猴桃愈伤组织的生理效应  59-63
    5．1．1 实验方法  59
    5．1．2 实验结果  59-63
    5．1．3 结果分析  63
  5．2 声波刺激对猕猴桃试管苗的生理效应  63-69
    5．2．1 实验方法  63
    5．2．2 实验结果  63-68
    5．2．3 结果分析  68-69
  5．3 本章小结  69-71
6 环境应力对猕猴桃能量代谢影响的研究  71-77
  6．1 引言  71-72
  6．2 研究方法  72
  6．3 研究结果  72-75
    6．3．1 机械振荡对ATP含量的影响  72-73
    6．3．2 声波刺激对ATP含量的影响  73-75
  6．4 结果分析  75-76
  6．5 讨论  76-77
7 植物应激效应的机理探讨  77-85
  7．1 环境应力对植物愈伤组织生理效应的机理  77-81
    7．1．1 关于可溶性蛋白质的含量变化  77
    7．1．2 关于SOD活性变化  77-78
    7．1．3 关于IAA氧化酶活性的变化  78
    7．1．4 关于ATP含量的变化  78-79
    7．1．5 关于钙元素含量的变化及Ca2+的作用  79-81
  7．2 环境应力对试管苗生理效应的机理  81-84
    7．2．1 关于光合作用和呼吸作用速率的变化  81-82
    7．2．2 关于质膜的通透性的变化  82-83
    7．2．3 关于根系活力和生根能力的变化  83-84
  7．3 小结  84-85
8 结论与展望  85-89
  8．1 研究的主要结论  85-86
  8．2 本研究的主要创新之处  86-87
  8．3 后续研究工作的展望及建议  87-89
致谢  89-91
主要参考文献  91-97
附录:阳小成攻读博士学位期间参加科研工作的情况．  97
  A．发表的学术论文．  97
  B．参加的科研项目．  97

环境应力对中华猕猴桃（Actinidia chinensis）组织培养过程生物学效应的初步研究

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