基本信息
- 项目名称：
- 抗生素对拟南芥幼苗根生长的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品以模式植物拟南芥为材料，系统研究了卡那霉素和潮霉素对拟南芥幼苗生长、发育的影响，系统性强，整体创新性好；以环境因素对植物发育的影响为基本出发点，探讨了不同的抗生素对模式植物拟南芥生长发育的影响，将为探讨抗生素对植物幼苗生长发育的影响提供重要的理论参考，具有很好的理论性和科学性，具有较大的理论意义和实际应用价值。
- 详细介绍：
- 根是被子植物的重要营养器官之一，起着重要的作用，如支持与固着、吸收、输导与贮藏、合成及分泌等功能。因此，根发育的好坏直接影响着植物的生长状况, 且与农业生产息息相关。植物的根系越发达越有利于其生长。但是主根和侧根的发生、生长与生长环境密切相关。 目前，拟南芥已成为遗传学、分子生物学特别是发育分子生物学研究领域的首选模式植物，不但可以使我们快速和有效地检测假说，而且能够在拟南芥建立参考系统，从而推进研究并加快经济作物的改良。本实验研究了拟南芥幼苗对抗生素的敏感性，抗生素对拟南芥幼苗根的生长、发育等方面的影响, 以期揭示卡那霉素、潮霉素对植物幼苗根生长和发育的作用机制。 研究发现：在种子萌发及幼苗生长初期，卡那霉素和潮霉素抑制拟南芥幼苗主根的伸长，随着生长时间的延长，这种抑制作用逐步增强，且可逆性非常小；卡那霉素、潮霉素对侧根形成的抑制非常明显，且该抑制作用不同与对拟南芥幼苗主根的影响，推测卡那霉素或潮霉素对拟南芥幼苗主根伸长和侧根形成的影响机制或许不同。 根据相关实验结果，我们推测卡那霉素或潮霉素不但抑制了拟南芥幼叶的生长和发育，也严重影响了其光合作用，从而不能产生足够的营养物质以满足拟南芥幼苗植株的生长，使得其根不能伸长。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 拟南芥因基因组简单、生长发育指标资料全面等特点而成为遗传学、分子生物学特别是发育分子生物学研究领域的首选模式植物。 植物利用根吸收土壤营养，其发生、生长受植物内部遗传特性和外部环境因子共同影响。作品研究了抗生素对拟南芥幼苗、根生长形态、根尖等结构方面的影响，旨在探索卡那霉素、潮霉素对植物幼苗根生长和发育的影响及其作用机理，以期揭示抗生素与植物幼苗根的发育关系。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品的实验设计具有整体性，研究内容具有系统性、科学性。关于不同抗生素对拟南芥幼苗影响的研究在国内属首例报道，是对环境因素影响植物发育机理研究的又一重要补充和发展，实验成果具有创新性和先进性，现已在核心以上期刊上发表多篇文章。
应用价值和现实意义
- 本作品的研究内容涉及了植物发育和转基因植物两个领域，比较了不同的抗生素对拟南芥幼苗生长和发育的影响，发现卡那霉素和潮霉素延缓或抑制了拟南芥幼苗的生长，且该抑制作用的可逆性较小，其中潮霉素对拟南芥幼苗的毒害更加明显。因此，该研究结果不但探讨了抗生素对植物发育机理的影响，也为转基因植物研究中抗性筛选基因的选择提供了理论支撑，具有很好的理论研究意义和实际应用价值。
学术论文摘要
- 本作品研究发现，与对照相比，卡那霉素、潮霉素处理的拟南芥幼苗子叶较小、主根较短，侧根没有形成，且随抗生素浓度的增加主根越来越短，而潮霉素处理的拟南芥子叶、根尤为明显几乎不生长。此外，生长于含卡那霉素培养基上拟南芥幼苗的黄化程度越来越严重、褐化死亡率也越来越高，同时也发现卡那霉素、潮霉素对拟南芥幼苗抑制作用的可逆性非常小。进一步分析发现，抗生素处理的拟南芥幼苗根尖分生区的细胞呈现不规则排列、分裂能力减弱、分化程度明显，且细胞间隙加大，而与潮霉素相比，卡那霉素对拟南芥幼苗根尖的影响较弱。总之，尽管卡那霉素对拟南芥幼苗的影响明显弱于潮霉素，但是它们都抑制了拟南芥幼的生长和发育，也严重影响了其光合作用，从而影响拟南芥幼苗主根的生长和侧根的发生。
获奖情况
- 1. Zhikun Duan, Hongying Duan, Yunlong He, Zhiqiang Duan, Xinwei Li. Effects of antibiotics on root of Arabidopsis thaliana. Genetică şi Biologie Moleculară, 2009, TOM (X): 41-47 2. Hongying Duan, Xiaosheng Ding, Jianying Song, Zhikun Duan, Yanqing Zhou, Chune Zhou. Effects of kanamycin on growth and development of Arabidopsis thallana seeding, cotyledon and leaf. Pak. J. Bot, 2009，41（4）:1611-1618 3.丁笑生, 段红英, 段志坤, 王少鹏. 潮霉素对拟南芥幼苗真叶形成的影响. 河南师范大学学报, 2010, 38(5):101-104
鉴定结果
- 情况属实
参考文献
- [1] Cullen, D, SA Leong, LJ Wilson, et al. 1987. Transformation of Aspergillus nidulans with the hygromycin-resistance gene, hph. Gene, 1: 21-6 [2] Fitter, AH. 1996. Characteristics, functions of root systems. In: Waisel Y, Eshel A, Kafkafi U eds. Plant roots: the hidden half. 2th edition. New York: Marcel Dekker, 1-20 [3] Gritz, L, J Davies. 1983. Plasmid-encoded hygromycin B resistance: the sequence of hygromycin B phosphotransferase gene and its expression in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. Gene, 25: 179-88 [4] Malamy, JE. 2005. Intrinsic and environmental response pathways that regulate root system architecture. Plant Cell Environ., 1: 67-77 [5] Schiefelbein, JW, PN Benfey, 1991. The development of plant root: new approaches to underground problem. Plant Cel,l 3:1147- 54 [6] 陈香波, 许陈波, 罗玉兰, 等. 2005. 露草卡那霉素(Kanamycin)抗性筛选研究. 种子, 24(7), 29-31 [7] 杨世杰, 汪矛, 李连芳, 等. 2000. 植物生物学. 北京科学出版社, 92-115
同类课题研究水平概述
- 随着生物技术的飞跃发展，植物遗传转化逐渐成为应用生物学研究的热门课题之一，且在植物抗病、抗虫、抗除草剂和改变植物某些成分方面已取得不少成果，其中标记基因和选择介质在其中起了重要作用，目前在植物遗传转化中使用的筛选剂主要是抗生素类，如卡那霉素、潮霉素，庆大霉素衍生物等，其中卡那霉素、潮霉素在植物基因工程中应用的最广泛。卡那霉素和潮霉素均是一种氨基糖苷类抗生素，通过竞争叶绿体和线粒体中的核糖体与延长因子EF-2的结合位点，破坏各种细胞中核糖体的功能，干扰蛋白质的合成，最终引起植物的死亡。因此，抗生素和潮霉素通过干扰蛋白质合成以抑制植物的生长，可以帮助筛选转化外源基因的细胞、组织和再生植株，是一种广泛用于植物基因工程的抗生素。但是，不同种类、不同浓度的卡那霉素和潮霉素对植物生长发育的影响程度可能不同，其影响作用在植物上的表现症状也可能不同。因此，由于植物种类、品种以及外植体类型不同，选择的试剂种类和浓度也有差异。 众所周知，根、茎、叶担负着植物体的生长，其中叶是绿色植物进行光合作用的主要器官，植物通过光合作用制造生长发育所需的碳水化合物，并以此作原料，合成多种糖、脂肪和蛋白质等有机物。而根也是植物的重要营养器官之一，起着重要的作用，如支持与固着、吸收、输导与贮藏、合成及分泌等功。因此，根发育的好坏直接影响着植物的生长状况，且与农业生产息息相关。但是，植物叶、根的发生和生长与生长环境密切相关。因此，在抗生素作用下，植物的根、叶可能会呈现一定的症状。 拟南芥是典型的十字花科植物，具有基因组简单、突变体众多、生长发育指标资料全面等特点，已成为遗传学、分子生物学、发育生物学等研究领域的首选模式植物。通过拟南芥，不但可以快速和有效地检测假说，而且能够在拟南芥建立参考系统加快研究的进度，并快速对经济作物进行改良。 因此，本作品以拟南芥为材料，对拟南芥不同生长时期的形态、结构进行了系统研究，分析了不同浓度的卡那霉素、潮霉素对拟南芥幼苗生长、发育的毒害，探讨了卡那霉素和潮霉素对拟南芥幼根如主根和侧根的生长以及根尖结构等的影响，并进一步研究了卡那霉素和潮霉素对拟南芥的抑制作用是否能够恢复，以期研究卡那霉素、潮霉素与植物幼苗及其根发育的关系，为植物发育的机理研究和转基因植物的研究提供理论资料。
