摘要
油菜是十字花科芸薹属的一种常见蔬菜植物，营养丰富，含有大量的膳食纤维、维生素C、维生素B2、叶酸、β胡萝卜素以及丰富的钾、钙、镁等，具有降低血脂和减少罹忠心脑血管疾病风险的保健功效。 色氨酸是生物合成蛋白质所必需重要氨基酸之一，人和动物无法自身合成，必须通过植物来获得，因此色氨酸是植物性食物的重要营养成分之一。油菜与模式植物拟南芥一样属于十字花科植物，借助模式植物，十字花科植物中色氨酸的代谢网络已经研究得比较深入，以色氨酸为起点，经由中间产物吲哚乙醛肟，可以分别合成植物激素生长素IAA、次生代谢产物吲哚族芥子油苷和植保素Camalexin。生长素对植物生长发育起至关重要的作用，而芥子油苷和植保素则对植物病虫害具有重要的防御作用。吲哚族芥子油苷的主要降解产物吲哚-3-甲醇近年来被证明具有抗癌活性，与油菜的营养保健价值密切相关。此外还有研究表明，色氨酸还能够提高植物对干旱、盐碱及重金属等胁迫的抗性。综上所述，油菜中色氨酸的代谢可能扮演多种角色，不仅影响油菜的生长发育、还与产量及生物和非生物胁迫的抗性以及营养和保健价值密切相关，因此开展色氨酸对油菜生长发育影响的研究意义重大。 本研究通过色氨酸处理后油菜幼苗生物量的变化、色氨酸下游的主要代谢网络包括生长素及吲哚族芥子油苷代谢途径的变化，以及油菜对重金属Cd抗性的变化来综合评估色氨酸处理对提高油菜产量和抗性的积极意义，并对适合的处理方式和浓度进行了比较分析，为利用色氨酸提高油菜等十字花科植物的产量及抗逆性提供了数据参考，并为揭示色氨酸在植物生长发育和逆境防御中发挥作用的可能机制进行了初步探索。主要研究结果如下: (1)色氨酸处理能够促进油菜的生长发育 叶面喷施适当浓度(100mg/L)的色氨酸可增加油菜幼苗地上部分的鲜重，促进根系的发育。同时高浓度(500mg/L)色氨酸处理亦可增加油菜幼苗地上、地下部分鲜种，但效果不如低浓度(100mg/L)色氨酸处理明显。低浓度色氨酸处理可促进体内自身色氨酸合成途径基因的表达，从而促进色氨酸的合成，而高浓度的色氨酸对自身色氨酸合成有反馈抑制作用。色氨酸处理可通过激活生长素IAA的三条合成途径IPA途径、IAM途径和IAOx途径来促进IAA的合成，从而促进地上部分的生长和根系的发育。 (2)色氨酸处理能够提高油菜次生代谢产物芥子油苷的含量 叶面喷施适当浓度(100mg/L)的色氨酸可提高油菜幼苗吲哚族芥子油苷的含量。RealtimePCR分析表明，色氨酸处理诱导了吲哚族芥子油苷合成途径转录因子基因与合成酶基因的表达，同时抑制了降解酶基因的表达，说明外源施加色氨酸对其下游的吲哚族芥子油苷代谢途径的影响是双向的，一方面促进合成，另一方面抑制降解。这是吲哚族芥子油苷总含量增加的主要原因。 (3)色氨酸处理能够提高油菜对CdCl2的抗性 土壤中施加色氨酸可提高油菜幼苗对CdCl2的抗性，色氨酸处理可有效地缓解由CdCl2胁迫引起的叶绿素含量的降低和膜脂过氧化作用的增加，同时抑制了金属离子转运蛋白BrZIP4和BrZIP9的表达，说明土壤中施加色氨酸可能影响了油菜幼苗根系对CdCl2的吸收及向地上部分的转运从而减轻了胁迫作用。
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