全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (4): 403~407 403
收稿 2012-02-22　　修定 2012-03-08
资助 国家自然科学基金 (30970234)、教育部博士点基金
(200807300014)和兰州大学中央高校基本科研业务费专项
资金(lzujbky-2010-60)。
* 通讯作者(E-mail: xfli@lzu.edu.cn; Tel: 0931-8915601)。
生长素类化合物及6-苯甲基腺嘌呤对拟南芥主根生长的抑制效应比较
李晓峰1,2, 孟广目3, 梁城磊1, 李丹1, 张瑞婷1, 牟长军1, 陈倪1, 刘恒1,*
1兰州大学生命科学学院, 兰州730000; 2中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 兰州730000; 3河南省信阳高级中学, 河南
信阳464000
摘要: 为更好的研究生长素类化合物及6-苯甲基腺嘌呤(6-BA)对细胞分裂和细胞伸长的影响, 以拟南芥主根为材料, 从组
织学水平比较了IAA、NAA、2,4-D和6-BA对拟南芥主根分生区和伸长区的抑制效应, 发现IAA和NAA效果是相似的, 可
以通过促进细胞分裂显著增加根分生区长度, 但也显著缩短主根伸长区长度, 而2,4-D和6-BA则通过抑制细胞分裂来显著
缩短根分生区长度, 同时也显著缩短根伸长区的长度。
关键词: 生长素类化合物; 6-苯甲基腺嘌呤; 拟南芥; 根分生区; 根伸长区
Comparison of the Inhibit Effects of Auxins and 6-Benzyladenine on Arabidop-
sis Main Root Growth
LI Xiao-Feng1,2, MENG Guang-Mu3, LIANG Cheng-Lei1, LI Dan1, ZHANG Rui-Ting1, MU Chang-Jun1, CHEN Ni1, LIU Heng1,*
1School of Life Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2Cold and Arid Regions Environmental and Engineering
Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China; 3Xinyang Senior Middle School of Henan Provice, Xin-
yang, Henan 464000, China
Abstract: To study the effect of auxins and 6-BA on cell divison and cell elongation, we compared the inhibit
effects of IAA, NAA, 2,4-D and 6-BA on Arabidopsis main root development. We found that IAA and NAA
has similar effects on root development that can increases the length of root meristem zone through promotes
cell division and decreases the length of root elongation zone, but 2,4-D and 6-BA decreases both the length of
root meristem zone through inhibit cell division and root elongation zone.
Key words: auxins; 6-benzyladenine; Arabidopsis; root meristem zone; root elongation zone
常见的生长素类化合物包括吲哚-3-乙酸(indole-
3-acetic acid, IAA)、萘乙酸(1-naphthaleneacetic
acid, NAA)和2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-dichlorophe-
noxyacetic acid, 2,4-D), 其中IAA属于天然生长素,
NAA和2,4-D则属于人工合成的生长素类化合物
(Michniewicz等2007)。这几种化合物在生长素相
关研究中经常被使用, 但一些研究却表明这几种化
合物对细胞分裂或细胞伸长的效果是不一样的。
拟南芥主根是研究细胞分裂和细胞伸长的理
想材料, 根分生区负责细胞分裂, 伸长区负责细胞
伸长(Beemster和Baskin 1998)。在研究生长素调控
根发育的过程中, 人们发现在IAA、NAA和2,4-D
处理下, 拟南芥(Col-0)主根生长都受到抑制, 但抑
制机制却并不相同, IAA和NAA主要通过抑制细胞
生长而2,4-D主要通过抑制细胞分裂来抑制根的生
长(Beemster和Baskin 2000; Benková和Hejátko
2009; Campanoni和Nick 2005; Dello Ioio等2008;
Rahman等2007; Růžička等2009)。CycB1;1是显示
细胞分裂指数的指示基因, 利用CycB1;1::GUSDB标
记植株, 人们观察了2,4-D对根分生区细胞分裂的
影响, 结果表明2,4-D对细胞分裂的影响不同于
IAA和NAA, GUS活性却与6-苯甲基腺嘌呤(N6-
benzyladenine, 6-BA)相似(Růžička等2009)。6-BA属
于人工合成的细胞分裂素, 是细胞分裂素研究中使
用较多的细胞分裂素类化合物(Sakakibara 2006)。
研究表明细胞分裂素对拟南芥主根的抑制效应主
要作用于根分生区, 其抑制作用是通过抑制细胞
分裂来完成的(Riou-Khamlichi等1999; DAgostino
等2000; Sheen 2002)。
我们以拟南芥(Col-0)为材料, 从组织学水平
比较了4种化合物对拟南芥主根分生区和伸长区
植物生理学报404
的抑制效果, 以更好的了解几种生长素类化合物
的作用效果并进一步确定2,4-D和6-BA在抑制效
果上是否存在相似之处。
材料与方法
1 材料
材料为拟南芥(Arabidopsis thaliana L.)野生型
(Col-0)。
2 主要试剂
IAA、NAA、2,4-D、6-BA和二甲基亚砜(di-
methyl sulfoxide, DMSO)均购于Sigma公司, IAA、
NAA、2,4-D和6-BA用DMSO溶解配制成1 mmol·L-1
母液储存。
3 实验方法
3.1 材料种植与处理
拟南芥(Col-0)种子经0.1%的HgCl消毒, 用灭
菌水至少清洗5遍, 然后点种到1/2MS培养基上。
培养皿用封口膜封口后, 先放在4 ℃冰箱中黑暗条
件下春化3 d, 再转移到温室中垂直培养, 温室的条
件为温度22 ℃, 光照为长日照(16 h光照), 光照强
度为40 µmol·m-2·s-1。
根据实验需要, 培养基中添加相应浓度的激
素: 检验生长素类化合物抑制拟南芥主根生长时
IAA、NAA和2,4-D的工作浓度均为0.0001、0.001、
0.01、0.1和1 μmol·L-1。检验对主根各分区的影响
时各激素的工作浓度为NAA和6-BA是0.1 μmol·L-1,
IAA和2,4-D是0.03 μmol·L-1。
3.2 主根各区测量
将温室里培养到第8天的不同激素处理下的
拟南芥幼苗的根尖部分剪下, 按照以下步骤固定
透明。
根尖部分先于100%乙醇固定30 min, 换成
75%乙醇固定15 min, 接着溶于20%的甲醇(含0.24
mol HCl) 37 ℃下处理15 min, 然后溶于60%乙醇
(含7% NaOH)温室处理15 min, 接着分别于40%、
20%和10%乙醇各处理5 min, 再换成5%乙醇处理
15 min, 然后25%甘油处理15 min, 最后于50%甘油
保存。
将固定透明好的根尖放到载玻片, 盖上盖玻
片后于BX51显微镜下观察(Olympus Tokyo, 日
本)。观察和拍摄采用Normarski/Hoffman光学系
统。拍摄及图形处理软件来自SPOT (美国Diag-
nostic Instruments公司)。
3.3 主根长度和生长速率的测量
在幼苗生长到第5天时开始测量生长速率, 从
第4天开始测量每天的根长, 一直测到第8天, 然后
用当天的根长减去前一天的根长即为当天的生长
速率, 数据用Excel分析统计。统计的样本数均大
于30株, 实验重复3次。
3.4 根内皮层细胞数目测量
固定透明好的根在BX51显微镜下观察, 统计
根分生区内皮层细胞数目, 样本数30株左右。
实验结果
1 不同生长素类化合物和6-BA对拟南芥主根生长
的抑制效应
为比较不同生长素类化合物对拟南芥主根生
长的抑制效应, 我们通过外源施加不同种类、不
同浓度的生长素处理, 比较了各种处理下拟南芥
主根的长度。结果表明: IAA、NAA和2,4-D处理
下, 主根生长都受到抑制, 且随着浓度的增加, 抑
制现象也更加显著。三种激素对根的抑制效应不
同: IAA在0.001 μmol·L-1和0.01 μmol·L-1处理下, 主
根的抑制效应强于同浓度下NAA和2,4-D处理时
的效应, 而在较高浓度0.1 μmol·L-1处理下, 2,4-D的
抑制效应强于IAA和NAA (图1)。
为更好的比较不同生长素类化合物和6-BA对
主根的抑制效应, 首先需要确定不同生长素类化
图1 生长素类化合物抑制拟南芥主根生长
Fig.1 Auxins inhibit Arabidopsis main root elongation
拟南芥垂直培养于含不同浓度及不同种类的生长素的1/2MS
培养基中, 统计的是第8天的主根长度。
李晓峰等: 生长素类化合物及6-苯甲基腺嘌呤对拟南芥主根生长的抑制效应比较 405
合物和6-BA达到相同抑制效果的浓度, 为此我们
以第8天的拟南芥主根长度抑制率接近于未处理
的主根长度的50%为标准确定了各种生长素类化
合物的使用浓度: NAA和6-BA是0.1 μmol·L-1, IAA
和2,4-D是0.03 μmol·L-1 (图2)。
组之间无明显差异, 2,4-D和6-BA处理组的生长区
缩短程度更大, 相比IAA和NAA处理组也差异显著
(图3-C)。
同时我们也对分生区内皮层细胞的数目进行
了观察统计, 结果显示: 相比未处理的对照组, IAA
和NAA处理组分生区细胞的数目明显增加; 而
2,4-D和6-BA处理组细胞的数目显著减少, 并且减
少程度比较相似(图3-D)。
讨　　论
我们的实验结果表明: 施加4种不同的激素时,
拟南芥主根的生长都受到抑制, 而这种抑制效应对
于不同的激素来说可能是通过不同的调节机制起
作用的。
IAA和NAA处理时, 对主根的生长同时具有
两种不同的效果, 两种化合物处理下根分生区长
度和分生区内皮层细胞数目均增加, 表明分生区
长度的增加是由细胞数目增加导致的, 提示两种
化合物可以促进根分生区细胞的分裂。然后分析
伸长区长度时, 却发现伸长区长度显著变短, 提示
两种化合物抑制细胞伸长。通过比较分生区增加
的长度和伸长区受抑制的程度, 会发现对细胞伸
长的抑制效应远远强于对分生区细胞分裂的促进作
用, 所以在IAA和NAA处理时, 主根生长还是受到了
明显的抑制。
2,4-D对主根生长的效果却是全面抑制根的整
个生长区, 2,4-D处理下分生区和伸长区的长度都
减少了。但伸长区的减少, 可能是由于分生区细
胞分裂能力减弱导致的, 分生区的细胞处于不断
分裂的状态, 分裂形成的子细胞不断地向伸长区
过渡。分生区为伸长区提供大量的细胞, 一旦分
生区向伸长区提供的细胞数目减少, 伸长区的长
度也会发生改变。新奇的是, 2,4-D对主根生长的
抑制效应居然与6-BA是相似的, 6-BA处理下, 根分
生区和伸长区的长度也都减少了。在2,4-D与
6-BA对细胞分裂的影响上, 我们通过根尖组织学
水平观察得到的结论与Růžička等(2009)通过比较
Cycb1;1::GUS的表达得出的结论是一致的。
上述结果也提示生长素对细胞分裂的调控很
可能是通过细胞分裂素相似信号通路来完成的。
图2 生长素类化合物及6-BA对拟南芥主根生长的抑制效应
Fig.2 Inhibit effects of auxins and 6-BA on Arabidopsis main
root elongation
NAA和6-BA浓度是0.1 μmol·L-1, IAA和2,4-D浓度是0.03
μmol·L-1。统计的是生长于含对应激素中第8天的拟南芥主根长
度。对照指在1/2MS培养基中垂直生长了8 d的主根长度。
2 不同生长素类化合物和6-BA对主根各分区的影响
拟南芥主根的纵向结构根据细胞属性, 从顶
到基部可以分为3个区: 分生区, 伸长区, 成熟区。分
生区和伸长区组成生长区。分生区主要进行细胞
分裂, 伸长区主要进行细胞伸长。为比较各种生
长素类化合物和6-BA的抑制效应, 我们对各种处
理(NAA和6-BA是0.1 μmol·L-1, IAA和2,4-D是0.03
μmol·L-1)下的主根各个区进行了相关分析统计。
结果显示: 相比未处理的对照, IAA和NAA处
理组的根分生区长度有明显增加, 但IAA和NAA之
间无明显差异; 而2,4-D和6-BA处理后分生区的长
度与对照相比明显变短, 与IAA和NAA处理组相比
缩短程度更为显著(图3-A)。对伸长区进行比较时
发现: 相比对照组, IAA、NAA、2,4-D和6-BA处理
后伸长区的长度都出现显著的变短, 但IAA和NAA
处理组之间无明显差异, 2,4-D和6-BA处理组的伸
长区变短程度更大, 相比于对照组以及IAA和NAA
处理组均差异显著(图3-B)。整个生长区的统计结
果表明: IAA、NAA、2,4-D和6-BA处理后, 相比对
照组, 生长区的长度都显著缩短, IAA和NAA处理
植物生理学报406
而通过分析2,4-D与IAA和NAA的这种差异原因,
会发现一些生长素极性运输载体可能参与细胞分
裂的调控过程。研究表明2,4-D与IAA和NAA在进
入细胞内的方式是不同的, 2,4-D需要生长素运输
载体, 但IAA和NAA却可以自由扩散的方式进入细
胞内, 我们利用RT-PCR检测了相关处理下一些生
长素运输载体的表达情况, 发现一些生长素运输
载体的表达情况也是与以上结果相似的, IAA和
NAA处理下被显著上调, 但2,4-D与6-BA处理下都
被显著下调(未发表数据)。因此通过本实验为将
来进一步研究生长素如何调控细胞分裂提供了一
种新的研究切入点。
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图3 生长素类化合物及6-BA对拟南芥主根的不同抑制效应
Fig.3 Differential inhibit effects of auxins and 6-BA on Arabidopsis main root growth
A: 相应浓度下生长素类化合物及6-BA对拟南芥主根分生区长度的影响; B: 相应浓度下生长素类化合物及6-BA对拟南芥主根伸长区
长度的影响; C: 相应浓度下生长素类化合物及6-BA对拟南芥主根生长区长度的影响; D: 相应浓度下生长素类化合物及6-BA对拟南芥主
根分生区内皮层细胞数目的影响。NAA和6-BA浓度是0.1 μmol·L-1, IAA和2,4-D浓度是0.03 μmol·L-1。统计的是生长于含对应激素中的第
8天的拟南芥主根。对照指在1/2MS培养基中垂直生长了8 d的主根。不同小写字母表示不同处理之间有显著性差异(P<0.05)。
李晓峰等: 生长素类化合物及6-苯甲基腺嘌呤对拟南芥主根生长的抑制效应比较 407
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