褪黑素对番茄幼苗耐盐性的调控效应及其机理的初步探讨开题报告

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献）

1有效利用土壤盐渍化对番茄生长的意义

土壤盐渍化一直是世界性的资源与生态问题之一，近年来国内外设施农业的迅猛

发展使得这一问题更为突出。全世界大约 20%的栽培地和近 50%的灌溉地受到盐渍的影响，预计到 2050 年，可耕地的 50%面临盐渍化。由于旱地土壤水分强烈蒸发，地表积盐较重，很容易引起土壤盐渍化。我国所有耕地中，稳产高产田不足 10%，大部分中低产田也是干旱、盐碱所致。番茄对盐敏感，是主要粮食之一。随着可利用淡水资源的日益缺乏、人口的急剧膨胀和自然资源的不合理使用，利用盐度高的旱区、半干旱地区和沿海地区土壤发展农业生产不得不为之，因此番茄耐盐性及其调控研究就显得格外重要。本项目通过植物生长物质化学调控从而提高番茄的耐盐性，对推动盐土农业和设施农业的发展具有重要的理论和实践意义。

2 褪黑素对番茄幼苗耐盐性的调控效应及其机理国内外研究概况

2.1褪黑素的研究进展

褪黑素(melatonin,MT)是在动物体内广泛存在的一种小分子的神经一内分泌(neuroendoerine)激素,主要由松果体(pinealbody)分泌。人们对松果体最早的描述可能要追溯到公元三世纪,当时,解剖学家在大脑半球之间的丘脑(hyPothalamus)上方发现了体积很小的松果体,然而一直以来并不了解其确切功能。1917年人们才从牛松果体中提取出一种能使蛙皮肤黑色素发生凝集反应而褪色变白的物质,直至1958年,Lemer等经过四年努力,从二十万多头牛的松果体中提取出的这一种物质并鉴定其化学结构,命名为Melatonin,它的发现不但使松果体研究进入新的时期,而且奠定了褪黑素研究的基石。20世纪70年代中期,开始用放射免疫法测定褪黑素的浓度,发现其分泌的周期性。从1970年代开始,对于松果体和褪黑素的研究大大增加。现有资料表明国内外有关褪黑素的研究,主要集中在分析确证已发现的生理药理毒理作用及其在机体内的作用机制与途径,并从分子水平探讨褪黑素对疾病的作用机理。因此,详细了解动物褪黑素存在分布、生物特性和功能,高灵敏度分析方法,对于我们研究植物中褪黑素的功能具有启发和借鉴作用。

2.2植物中的褪黑素的研究进展

研究褪黑素的科学家们关注焦点大多集中于动物方面,尤其是脊椎动物,植物方面的研究则相当少且不够深入。直到1993年才开始有了关于高等植物中褪黑素的报道,以后陆续在食用植物、药用植物和其他一些植物中发现了褪黑素的存在。对褪黑素在植物中的作用机理的研究起始于1995年,研究表明,褪黑素广泛存在于各种植物根,茎,叶,种子等组织中。但是褪黑素在植物中的分泌位点或器官还不甚清楚。

3.褪黑素对番茄幼苗耐盐性的调控效应及其机理应用前景

我国所有耕地中，稳产高产田不足 10%，大部分中低产田也是干旱、盐碱所致。番茄对盐敏感，是主要粮食之一。随着可利用淡水资源的日益缺乏、人口的急剧膨胀和自然资源的不合理使用，利用盐度高的旱区、半干旱地区和沿海地区土壤发展农业生产不得不为之，因此番茄耐盐性及其调控研究就显得格外重要。本项目通过植物生长物质化学调控从而提高番茄的耐盐性，对推动盐土农业和设施农业的发展具有重要的理论和实践意义。

参考文献

1.王关林,方宏笃主编.植物基因_l_程原理与技术(第2版).北京:科学出版社,2002

2.陈章良.植物基因工程研究.北京:北京大学出版社,1998

3.徐子勤.基因组学.北京:科学出版社,2007

4.孙勇如.植物原生质体培养.北京:科学出版社,1991,172一173

5.南相日,刘文萍.PEG介导BT基因转化大豆原生质体获转基因植株,大豆科学,1998,

17:326一329

6.李耿光,张兰英,陈如珠.马铃薯原生质体再生植株表型变异和染色体数目变化.植物学报,1992,34(9):712一716

7.丁群星,谢友菊,戴景瑞,等.用子房注射法将Bt毒蛋白基因导入玉米的研究.中国

科学,1993,23(7):707一713

8.王国英,张宏,丁群星,等.几种玉米基因转移技术的研究及转基因植株的获得.生物

工程学报,1996,12(l):4549

9.孙伟,张江丽,黄丛林,王永勤,吴忠义,张秀海.玉米遗传转化方法的研究进展.安

徽农业科学,2007,35(25):7772一7774

10.顾红雅,瞿礼嘉,明小天,等.植物基因与分子操作.北京:北京大学出版社,1995.

11.邢宇俊,季勤,张云峰,杨清.根癌农杆菌介导的甘薯遗传转化研究进展.安徽农业

科学,2007,35(24):7412一7414

12..He G Y,Lazzeri P A,analysis and optimization of DNA delivery into Wheat seutellum and Tritordeum inflorescence ex-Plants by tissue electro一oration.Plant cell report,1998,18(l):64一70

13.杜景川,何正权,陈发菊,等.木本植物转基因研究进展.福建林业科技,2007,34(1):142一148

14.ToperR,GronnenbomB,Schellj,et al.UP take and transient exp ression of chimeric genes in seed derived embryos.Plant Cell.1989,l:133一139

研究的目标、内容和拟解决的关键问题

1研究目标

揭示褪黑素调控番茄耐盐性的效果，阐明其调控机理。

2 研究内容

以番茄幼苗为材料，探讨褪黑素的喷施对番茄耐盐性的调控效应，并从根冠比、光合作用、抗氧化等方面探讨机理。

3 拟解决的关键问题

本实验拟解决的关键问题是褪黑素调控番茄生长的关键机制。

研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析

1.研究方法

（1）植物培养和处理方法

番茄幼苗期试验采用培养皿砂培、溶液浇灌的方法，配方为Hoagland营养液。2褪黑素外施方法：幼苗期试验，植株成为幼苗后处理，傍晚喷施，使得植株叶片全湿。

（2）器官、组织水平上的离子测定

将植株按不同器官分开，于75 ℃下烘干至恒重，然后磨成粉末，消煮，定容后用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对K 和Na 进行分析。利用扫描电镜和X射线能谱仪联用分析（EDXA）检测不同组织细胞的离子分布。加速电压为12 kV，速流为0.07 A，样品倾斜角为0^o，样品和探针间的角度为35^o，工作距离为12.0 mm。

（3）相关酶活力分析

抗氧化和氮素同化等酶活力测定按照文献（Yin et al.Eur Food Res Technol, 2014; Sudhakar et al.2015）。

2.技术路线

3 实验方案

3.1 以番茄为材料。

褪黑素水平：0、25、50、100、200、400 M MT。

盐处理水平：0、75、150 mM NaCl。

3.2 设计处理（13个处理）如下：Control、75 mM NaCl、150 mM NaCl、75 mM NaCl 25 M MT、75 mM NaCl 50 M MT、75 mM NaCl 100 M MT、75 mM NaCl 200 M MT、75 mM NaCl 400 M MT、150 mM NaCl 25 M MT、150 mM NaCl 50 M MT、150 mM NaCl 100 M MT、150 mM

NaCl 200 M MT、150 mM NaCl 400 M MT

番茄种子经过 1% NaClO 消毒 30 min 后水培育苗，待长至 2 叶 l 心时，选取长势一致的幼苗移栽到塑料周转箱中，5天后转入不同处理。每个处理6个重复，再加1-2箱零天取样的，共80个周转箱。2-3天换一次处理液。隔一天喷一次MT。营养液采用国际番茄所的常规营养液配方。

l处理0天，取样1箱。拷苗，株高、叶长、地上部和根干重、根冠比。拍照。

l处理8 d取样。拍照。平拍、斜拍、俯拍。每处理取干样1.5箱，取鲜样1.5箱。共3箱。需要39箱。

（1）生物量（干重）和根冠比（13个处理）；（2）根际扫描（5个处理）；（3）叶片水势（5个处理）；（4）红外热像拍照（5个处理）；（5）叶片相对含水量（5个处理）；（6）叶片和根系渗透调节能力（5个处理）；（7）植株N、P、K、Ca、Mg、Na、Cl含量（5个处理）；（8）植株游离氨基酸、可溶性糖、有机酸总量、脯氨酸、可溶性蛋白含量（5个处理）；（9）抗氧化物质ASA、GSH测定；（10）叶绿素仪活体测定（根据具体情况）；（11）叶绿素和类胡萝卜素含量的测定。（12）抗氧化酶测定；（13）氮素同化酶活测定；（14）光合气体交换参数测定。

l处理16 d取样。拍照！平拍、斜拍、俯拍！每处理取干样1.5箱，取鲜样1.5箱。共3箱。需要39箱。

（2）生物量（干重）和根冠比（13个处理）；（2）根际扫描（5个处理）；（3）叶片水势（5个处理）；（4）红外热像拍照（5个处理）；（5）叶片相对含水量（5个处理）；（6）叶片和根系渗透调节能力（5个处理）；（7）植株N、P、K、Ca、Mg、Na、Cl含量（5个处理）；（8）植株游离氨基酸、可溶性糖、有机酸总量、脯氨酸、可溶性蛋白含量（5个处理）；（9）抗氧化物质ASA、GSH测定；（10）叶绿素仪活体测定（根据具体情况）；（11）叶绿素和类胡萝卜素含量的测定。（12）抗氧化酶测定；（13）氮素同化酶活测定；（14）光合气体交换参数测定。

4 可行性分析

1.褪黑素喷施对番茄耐盐性试验在目前是可行的。

2.本实验课题由长期从事植物抗盐生物学研究的专业指导老师指导。

3. 本实验所在的课题组长期从事逆境植物营养和中国沿海滩涂开发研究，是江苏省海洋生物学重点实验室和国家重点学科农业资源与环境的主要组成部分，已有大量投入，也是学校211重点建设学科的一部分。研究条件良好，常规设备齐全，完全有能力支持本试验项目的研究。

5 特色或创新之处

针对番茄幼苗，开展褪黑素喷施来提高其耐盐性。探索其最适喷施浓度，还未见文献报告。

研究计划及预期进展

2016.8- 2016.12：开展温室喷施和取样试验，测定植株叶绿素含量等指标。

2017.2-2017.4：进一步酶活检测、离子含量检测等工作。

2017.5：结果分析，实验总结和论文撰写。