專利名稱：測量植物發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)及植物壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及植物技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及用植物細(xì)胞的一種基本生物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)長度，去測量植物發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)和預(yù)測植物壽命的分子方法。是一種用植物內(nèi)源的微觀標(biāo)尺度量植物生理狀態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
測量植物的發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)和預(yù)測植物壽命，對(duì)作物的育種和栽培、園藝植物培養(yǎng)和育種、植物資源的評(píng)價(jià)和利用以及生態(tài)系統(tǒng)變化的評(píng)估和預(yù)測等方面， 具有非常重要的作用和潛在的利用價(jià)值。然而，現(xiàn)有的植物生長發(fā)育狀態(tài)的確定主要依賴于表觀的觀察，包括形態(tài)變化、葉片顏色、個(gè)體大小等的改變、開花結(jié)實(shí)和年輪等。表觀觀察較滯后，受個(gè)體差異影響大，受地理環(huán)境影響，測量精度不夠，不能預(yù)期植物的狀態(tài)。同時(shí)， 盡管現(xiàn)有的知識(shí)可以從一些表觀數(shù)據(jù)(例如年輪等)檢測植物的生命狀態(tài)及年齡，但是卻不能預(yù)測植物的壽命。目前現(xiàn)有技術(shù)中未見有將細(xì)胞膜脂的碳鏈長度與植物生長發(fā)育過程和環(huán)境響應(yīng)聯(lián)系起來、與植物的壽命聯(lián)系起來的測量植物的發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境壓力響應(yīng)和預(yù)測植物壽命的分子方法的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將細(xì)胞膜脂的碳鏈長度與植物生長發(fā)育過程和環(huán)境響應(yīng)聯(lián)系起來、與植物的壽命聯(lián)系起來的靈敏精確的測量植物發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)和預(yù)測壽命的分子方法。下面的技術(shù)方案用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的測量植物發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)及預(yù)測植物壽命的方法，取植物組織，提取其中的細(xì)胞膜脂，檢測膜脂中磷脂酰絲氨酸的含量，并計(jì)算磷脂酰絲氨酸脂肪酸平均碳鏈長度，碳鏈長度與植物及其器官的發(fā)育和衰老、生長狀態(tài)、環(huán)境壓力成正相關(guān)，當(dāng)碳鏈長度達(dá)到41-42個(gè)碳時(shí)植物死亡。上述方法中，所述的磷脂酰絲氨酸的含量的計(jì)量單位為nmol/mg干重即納摩爾每毫克干重，由此計(jì)算其摩爾百分含量為mol%。上述方法中，所述的植物膜脂的磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine)PS分子種類包括但不限于 PS (34:4)，PS (34:3)，PS (34:2)，PS (34:1)，PS (36:6)，PS (36:5)，PS (36:4)， PS (36: 3)，PS (36: 2)，PS (36:1)，PS (38:6)，PS (38:5)，PS (38:4)，PS (38: 3)，PS (38: 2)， PS (38:1)，PS (40:4)，PS (40: 3)，PS (40: 2)，PS (40:1)，PS (42:4)，PS (42:3)，PS (42: 2)， PS (42:1)，PS (44:3)，PS (44:2)，其中PS指某種類的磷脂酸分子中兩條脂肪酸碳鏈中總碳原子數(shù)與總雙鍵數(shù)的比值。上述方法中，所述的磷脂酰絲氨酸脂肪酸平均碳鏈長度的計(jì)算方法為 (Σ [NXmol% ])/100，其中N為每種膜脂分子中脂肪酸碳鏈的碳原子總數(shù)目。上述方法中，所述的植物組織指擬南芥和須彌芥全株植物或根或葉片或果莢。
上述方法中，磷脂酰絲氨酸碳鏈長度與植物生長發(fā)育間的關(guān)系為隨著植物的生長和衰老，磷脂酰絲氨酸的平均碳鏈長度呈現(xiàn)上升的趨勢；植物衰老加速，碳鏈增加加速; 碳鏈長度達(dá)到41-42個(gè)碳時(shí)，植物死亡。上述方法中，磷脂酰絲氨酸碳鏈長度與植物響應(yīng)環(huán)境脅迫的關(guān)系為隨著環(huán)境脅迫產(chǎn)生，磷脂酰絲氨酸的平均碳鏈長度增長速度加快，脅迫越大，增長速度加快越大，碳鏈長度達(dá)到41-42個(gè)碳時(shí)，植物死亡。本發(fā)明基于植物細(xì)胞膜脂磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine, PS)的脂肪酸碳鏈的平均總長度，隨著植物及其組織的生長和衰老而增加；在衰老加速和環(huán)境脅迫下，此碳鏈長度的增加加速；當(dāng)碳鏈增加到一定數(shù)值的時(shí)候，植物死亡；此碳鏈長度變化對(duì)植物生理事件感應(yīng)的靈敏度高，最低可以感應(yīng)持續(xù)時(shí)間僅為2小時(shí)的事件。提供一種測量植物的發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境壓力響應(yīng)和預(yù)測植物壽命的分子方法。本發(fā)明將細(xì)胞膜脂的碳鏈長度與植物生長發(fā)育過程和環(huán)境響應(yīng)聯(lián)系起來、與植物的壽命聯(lián)系起來?？蛇\(yùn)用于對(duì)植物生長發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)及壽命進(jìn)行分子度量的技術(shù)方法和儀器的研制。


圖I為擬南芥在不同發(fā)育階段的磷脂酰絲氨酸碳鏈長度；圖2為擬南芥果莢發(fā)育不同時(shí)間的磷脂酰絲氨酸碳鏈長度；圖3為須彌芥不同發(fā)育階段根中磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度；圖4為伽瑪射線(260Gy)輻照后生長不同時(shí)間的擬南芥磷脂酰絲氨酸碳鏈長度；圖5為擬南芥離體葉片處理不同時(shí)間磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，用本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于此。實(shí)施例I :本發(fā)明中植物膜脂提取檢測方法包含下述步驟(1)取擬南芥(Arabidopsis thaliana)或者須彌芥(Crucihimalaya himalaica)組織(全株或根或葉片或果莢)，立即放入到3ml 75°C (預(yù)熱)的異丙醇(含O. 01% BHT)中處理15min ； (2)待樣品冷卻后加入
I.5ml的氯仿和O. 6ml的水，放置于搖床，在室溫下提取lh，提取完后將提取液轉(zhuǎn)移到一個(gè)空的管子中；再將樣品中加入4ml氯仿甲醇=2 1(含O. 01% BHT)過夜搖直到葉片發(fā)白(指以葉片提取時(shí)，其他組織如全株或根或果莢一般需提取2天)；(3)合并得到的提取液，加入Iml IM的KCl，搖動(dòng)混勻，靜置后棄上層液；(4)再向提取液中加2ml蒸餾水，搖動(dòng)混勻，靜置后棄上層液；(5)下層液在氮?dú)庀聺饪s干燥后，溶于Iml氯仿中，貯存在_20°C備用；(6)提取后的剩余物在烘箱105°C過夜烘干，稱干重(十萬分之一精度)；(7)將所提取的脂類樣品進(jìn)行ESI-MS/MS分析檢測組成及含量(nmol/mg干重)。磷脂酰絲氨酸脂肪酸碳鏈總平均長度的計(jì)算方法為(Σ [NXmol% ])/100，其中N為每種膜脂分子中脂肪酸碳鏈的碳原子總數(shù)數(shù)目。取萌發(fā)后生長不同時(shí)間的幼苗葉片，檢測各不同時(shí)期葉片內(nèi)磷脂酰絲氨酸的平均碳鏈長度，如圖1，隨著擬南芥從幼苗到成熟最后到葉片衰老的過程中，葉片的磷脂酰絲氨酸的平均碳鏈呈增加的趨勢，直到生長99天比生長7天的幼苗增加了 2個(gè)碳。如圖2，本發(fā)明檢測了果莢發(fā)育15、20、25、30天時(shí)果莢中磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度，發(fā)現(xiàn)隨著擬南芥果莢的發(fā)育，磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度逐漸增加。生長不同時(shí)間的須彌芥以及野外采集的多年生須彌芥，分別檢測根中磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度。如圖3，隨著須彌芥生長發(fā)育的進(jìn)行，根中磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度呈現(xiàn)上升的趨勢。據(jù)此可知隨著植物發(fā)育程度的增加，植物各組織(葉片或果莢或根)中磷脂酰絲氨酸平均碳鏈呈增加的趨勢，碳鏈增加終止時(shí)(約41-42個(gè)碳)，植株死亡。說明磷脂酰絲氨酸碳鏈與植物生長發(fā)育相關(guān)，磷脂酰絲氨酸碳鏈長度可以作為擬南芥生長發(fā)育的分子指標(biāo)。實(shí)施例2 本實(shí)施例采用的膜脂提取測定方法及磷脂酰絲氨酸平均碳鏈長度計(jì)算方法同實(shí)施例I。生長20天的擬南芥幼苗，260Gy伽馬射線輻照后1、5、9、20天，分別檢測磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度。如圖4，伽馬射線輻照后不同時(shí)間，擬南芥平均碳鏈在逐漸增加。本發(fā)明將擬南芥離體葉片葉柄置于去離子水中，模擬植物葉片的衰老，同樣，如圖5，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)葉片經(jīng)過植物激素誘導(dǎo)的加速衰老過程中，葉片中磷脂酰絲氨酸碳鏈長度隨著衰老時(shí)間的增加在增加，并且激素處理加快了碳鏈增加速度。據(jù)此可知在人工誘導(dǎo)的植物衰老過程中，磷脂酰絲氨酸平均碳鏈呈增加的趨勢， 而且與正常的衰老相比，脅迫所導(dǎo)致的衰老下磷脂酰絲氨酸平均碳鏈增加加快，即衰老加速，碳鏈增加加速。說明，磷脂酰絲氨酸碳鏈長度與植物的衰老程度相關(guān)，植物葉片衰老程度越深，碳鏈越長。植物接近死亡時(shí)，磷脂酰絲氨酸碳鏈長度為41-42碳原子。實(shí)施例3 本實(shí)施例采用的膜脂提取測定方法及磷脂酰絲氨酸平均碳鏈長度計(jì)算方法等同實(shí)施例I。生長20天的擬南芥幼苗，44°C熱激2小時(shí)后分別檢測對(duì)照與熱激后磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度。脫水處理中，生長3天的擬南芥葉片，從葉柄處剪斷后置于玻璃培養(yǎng)皿中自然脫水，100分鐘后檢測對(duì)照與脫水處理的磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度。如表1，可以看出在熱激處理后，擬南芥葉片磷脂酰絲氨酸的碳鏈長度增加了 O. 67，而脫水處理導(dǎo)致碳鏈增加了 O. 2。據(jù)此可知在熱激及脫水等脅迫中，磷脂酰絲氨酸平均碳鏈呈增加的趨勢。說明， 磷脂酰絲氨酸碳鏈長度與溫度、水分等脅迫所導(dǎo)致的植物傷害相關(guān)，植物葉片受到傷害后， 碳鏈會(huì)在短時(shí)間內(nèi)增加。表I擬南芥幼苗在熱激及離體葉片在脫水過程中PS碳鏈長度
權(quán)利要求
1.測量植物發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)及預(yù)測植物壽命的方法，取植物組織，提取其中的細(xì)胞膜脂，檢測膜脂中磷脂酰絲氨酸的含量，并計(jì)算磷脂酰絲氨酸脂肪酸平均碳鏈長度，碳鏈長度與植物及其器官的發(fā)育和衰老、生長狀態(tài)、環(huán)境壓力成正相關(guān)，當(dāng)碳鏈長度達(dá)到41-42個(gè)碳時(shí)植物死亡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，所述的磷脂酰絲氨酸的含量的計(jì)量單位為nmol/mg干重即納摩爾每毫克干重，由此計(jì)算其摩爾百分含量為mol%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，所述的植物膜脂的磷脂酰絲氨酸PS分子種類包括但不限于 PS (34:4)，PS (34:3)，PS (34:2)，PS (34:1)，PS (36:6)，PS (36: 5)，PS (36:4)，PS (36:3)， PS (36: 2)，PS (36:1)，PS (38:6)，PS (38:5)，PS (38:4)，PS (38: 3)，PS (38: 2)，PS (38:1)， PS (40:4)，PS (40: 3)，PS (40: 2)，PS (40:1)，PS (42:4)，PS (42:3)，PS (42: 2)，PS (42:1)， PS(44:3)，PS(44:2)，其中PS指某種類的磷脂酸分子中兩條脂肪酸碳鏈中總碳原子數(shù)與總雙鍵數(shù)的比值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，所述的磷脂酰絲氨酸脂肪酸平均碳鏈長度的計(jì)算方法為 (Σ [NXmol% ])/100，其中N為每種膜脂分子中脂肪酸碳鏈的碳原子總數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，所述的植物組織指擬南芥和須彌芥全株植物或根或葉片或果莢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量植物的發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境壓力響應(yīng)和預(yù)測植物壽命的分子方法。本發(fā)明將細(xì)胞膜脂的碳鏈長度與植物生長發(fā)育過程和環(huán)境響應(yīng)聯(lián)系起來、與植物的壽命聯(lián)系起來。可運(yùn)用于對(duì)植物生長發(fā)育階段、生長狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)及壽命進(jìn)行分子度量。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102590448SQ20121001315
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者張旭東, 李唯奇, 李艷, 王丹丹, 禹曉梅, 賈艷霞, 郁步竹, 鄭國偉, 鄭艷玲 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院昆明植物研究所