多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应

doi:10.11983/CBB17198

植物学报 ›› 2018, Vol. 53 ›› Issue (6): 764-772.DOI: 10.11983/CBB17198

多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应

刘铭¹, 刘霞¹, 孙然^1,², 李玉灵¹, 杜克久^1,^2,^*()

¹河北农业大学, 保定 071000
²河北省林木种子资源与森林保护重点实验室, 保定 071000

收稿日期:2017-10-27 出版日期:2018-11-01 发布日期:2018-12-05
通讯作者: 杜克久
作者简介:
作者简介:白克智, 1959年开始在中国科学院植物研究所工作, 先后任助理研究员、研究员, 长期从事植物生长发育及其调控的研究。1986年,其主持的“满江红生物学特性研究”荣获中国科学院科技进步二等奖。曾任《植物生理学报》编委、《植物学报》常务编委、中国植物生长调节剂协会主任等职。
基金资助:
河北省自然科学基金(No.C2018204134)、国家自然科学基金(No.30972384)、“十二五”农村领域国家科技计划(No.2012 AA101403)和环境化学与生态毒理学国家重点实验室开放基金(No.KF2009-03)

Polychlorinated Biphenyls Promotes Differentiation on Adventitious Roots of Populous tomentosa

Liu Ming¹, Liu Xia¹, Sun Ran^1,², Li Yuling¹, Du Kejiu^1,^2,^*()

¹Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China
²Key Laboratory of Tree Species Germplasm Resource and Forest Protection of Hebei Province, Baoding 071000, China

Received:2017-10-27 Online:2018-11-01 Published:2018-12-05
Contact: Du Kejiu

摘要/Abstract

摘要： 多氯联苯是一种典型的持久性有机污染物。研究表明多氯联苯具有毒物兴奋效应, 但其影响植物生长发育的机制尚不清楚。以毛白杨(Populous tomentosa)组培苗为材料, 探讨3 mg·L^-1 Aroclor1254对不定根分化、植物激素水平、与生长素相关的P009g125900、P006g142600和P002g222700基因表达、与细胞分裂素相关的P005g2489和P005g2376基因表达的影响。结果显示, Aroclor1254可促进毛白杨组培苗不定根分化, 缩短不定根初根时间与分化率达100%的时间, 提高不定根数目; 在不定根诱导期, 用Aroclor1254单独诱导, IAA/(ZR+dhZR)比值与阳性对照无显著差异, P006g142600、P002g222700、P009g125900、P005g2489和P005g2376基因表达变化趋势与IBA单独诱导下各基因表达变化趋势一致。为验证Aroclor1254是否具有生长素效应, 以玉米(Zea mays)和转生长素报告基因DR5::GUS的拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料, 观察Aroclor1254对胚芽鞘生长及DR5::GUS基因表达的影响。结果显示, 一定浓度的Aroclor1254对胚芽鞘的生长无显著影响, 但可诱导生长素报告基因表达。以上结果表明, 多氯联苯类化合物Aroclor1254虽不属于植物生长调节剂, 但具有毒物兴奋效应, 在一定浓度下具有类似生长素的生物学活性。

关键词: Aroclor1254, 不定根分化, 植物激素, 基因表达, 胚芽鞘, DR5::GUS

Abstract: Polychlorinated biphenyls (PCBs) pose serious harm to humans and the environment. PCBs have a hormesis effect, but the inner mechanism still remains unknown. In this paper, we used Populous tomentosa seedlings to investigate the effect of treatment with a PCB compound, Aroclor1254 (3 mg·L^-1), on the differentiation of adventitious roots, phytohormone content and the expression of P009g125900, P006g142600, and P002g222700 genes related to auxin expression as well as P005g2489 and P005g2376 genes related to cytokinin expression. Aroclor1254 could promote the differentiation of adventitious roots, shorten the initial root formation time of adventitious roots, and enhance the adventitious root number. During adventitious root differentiation, Aroclor1254 treatment alone had a similar effect as IBA alone on IAA/(ZR+dhZR) content and the gene expression of P006g142600, P002g222700, P009g125900, P005g2489, and P005g2376. To further verify the auxin effect of Aroclor1254, we used Zea mays and transgenic Arabidopsis thaliana modified with a DR5::GUS auxin reporter gene to investigate the growth of coleoptiles or the response pattern of DR5::GUS to Aroclor1254 exposure. Aroclor1254 at a suitable concentration range could induce DR5::GUS gene expression but had no effect on the growth of coleoptiles. Thus, Aroclor1254 has a biological effect of auxin and can positively affect the differentiation of adventitious roots of P. tomentosa seedlings; a phenomenon called hormesis, but is not a plant growth regulator.

Key words: Aroclor1254, adventitious roots differentiation, phytohormone, gene expression, coleoptile, DR5::GUS

刘铭, 刘霞, 孙然, 李玉灵, 杜克久. 多氯联苯促进毛白杨不定根分化的效应. 植物学报, 2018, 53(6): 764-772.

Liu Ming, Liu Xia, Sun Ran, Li Yuling, Du Kejiu. Polychlorinated Biphenyls Promotes Differentiation on Adventitious Roots of Populous tomentosa. Chinese Bulletin of Botany, 2018, 53(6): 764-772.

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图/表 7

表 1 不同处理对毛白杨组培苗不定根分化的影响

Table 1 Effect of different treatments on the differentiation of adventitious roots of Populous tomentosa seedlings

Treatments	The time of an initial root (d)	Period reaching 100% of adventitious roots differentiation rate (d)
CK-	7	13
CK+	5	9
Aroclor1254	5	10

图 1 不同处理对毛白杨组培苗不定根数量的影响

Figure 1 Effect of different treatments on the number of adventitious roots of Populous tomentosa seedlings

表 2 不同处理下毛白杨组培苗茎段植物激素含量的变化

Table 2 Changes of phytohormonal contents in sections of stems of Populous tomentosa seedlings under different treatments

Treatments	IAA (ng·g^-1 FW)	ZR (ng·g^-1 FW)	dhZR (ng·g^-1 FW)	IAA/(ZR+dhZR)
0 d	62.078±2.105^a	6.657±0.099^a	2.997±0.214^a	6.431±0.218^a
4 d CK-	88.393±0.601^b	12.248±0.444^b	4.067±0.135^b	5.418±0.037^c
4 d CK+	102.893±2.517^d	12.283±0.479^b	5.040±0.280^c	5.940±0.145^b
4 d Aroclor1254	93.052±2.617^c	11.916±0.443^b	3.736±0.119^b	5.945±0.167^b

表 3 不同处理下毛白杨组培苗茎段内与生长素和细胞分裂素相关基因表达的变化

Table 3 Changes of the expression of genes related to auxin and cytokinin in sections of stems of Populous tomentosa seedlings under different treatments

Treatments	P005g2489	P005g2376	P002g222700	P006g142600	P009g125900
0 d	1.000±0.000^a	1.000±0.000^a	1.000±0.000^a	1.000±0.000^a	1.000±0.000^a
CK-	3.012±0.520^b	3.778±0.133^c	9.153±0.381^c	2.958±0.257^c	1.985±0.131^b
CK+	1.299±0.201^a	1.010±0.045^a	3.444±0.517^b	2.240±0.496^b	4.298±0.091^c
Aroclor1254	1.451±0.298^a	2.039±0.188^b	2.804±0.518^b	2.022±0.463^b	20.165±0.614^d

图 2 不同处理对玉米胚芽鞘生长的影响不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

Figure 2 Effect of different treatments on the growth of coleoptiles in Zea mays Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments (P<0.05).

图 3 不同浓度的Aroclor1254对拟南芥幼苗DR5::GUS基因应答的影响 ck: 阴性对照; 1-7分别表示工作浓度为10、20、40、60、80、100和2 000 μg·L-1。

Figure 3 Effect of different concentration of Aroclor1254 on DR5::GUS genes response of Arabidopsis seedlings ck: Negative control; 1-7 indicate the working concentration of 10, 20, 40, 60, 80, 100 and 2 000 μg·L-1, respectively.

图 4 不同处理时间对拟南芥幼苗DR5::GUS基因应答的影响ck: 阴性对照, 1-12代表处理时间分别为2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22和24小时。

Figure 4 Effect of different induction time on DR5::GUS gene response of Arabidopsis seedlings ck: Negative control; 1-12 indicate the induction time of 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22 and 24 h, respectively.

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