NO 和H 2O 2对火柴头生殖枝损伤向重力性生长特性的影响
姓 名：焦玉红
学 号：M070557
导 师：陈刚
摘要：繁殖对策是植物种群生态适应对策的核心问题, 对揭示植物生殖、生存和生长之间的协同进化关系具有重要意义。火柴头作为一种世界性的杂草既可以进行有性繁又可以进行无性繁殖，它的生殖枝在这种生殖、生存和生长之间的协同进化过程中形成了损伤诱导的向重力性生长特性，在损伤刺激后表现为增强生殖枝的向重力生长, 增加在土壤中开花结实的机会, 从而使其地下种子产量增加。本实验主要研究NO 和H 2O 2 对火柴头的生殖枝向重力性生长的影响。
关键词：NO ；H 2O 2；火柴头；损伤；向重力性 ,
一、研究背景和意义
火柴头（Commelina benghalensis L.）亦称饭苞草、竹叶菜，为单子叶植物纲、鸭跖草科、鸭跖草属、一年生草本植物[1,2]。我国河北及秦岭、淮河流域以南各省均有分布，常见于菜地、果园、棉田及大豆、玉米等旱作物田间，是一种常见的中生、耐渍型杂草[1,3]。火柴头既可以进行有性繁殖又可以进行无性繁殖。有性繁殖时，火柴头具有地上和地下生殖枝开花结实的特性，产生地上大、小种子和地下大、小种子4种不同类型的种子。火柴头除了可以进行有性繁殖产生4种类型的种子外，还可以依靠其匍匐茎进行无性繁殖，且在正常的生长条件下，其无性繁殖特别旺盛，是一种典型的克隆植物[4]。目前，火柴头的研究热点之一集中于其有性繁殖特性[5]，火柴头的另一研究热点集中于它的“农田杂草”特性方面，在非洲、美洲等部分地区，已经发展成为一种恶性杂草，与农作物竞争水分、矿物质、等生长要素[6]。
繁殖对策是植物种群生态适应对策的核心问题，对揭示植物生殖、生存和生长之间的协同进化关系具有重要意义[7]。火柴头作为一种世界性的杂草不仅面临着生存的问题，而且在生长过程中还要与农作物、其他植物进行竞争。它的生殖枝在这种生殖、生存和生长之间的协同进化过程中形成了损伤诱导的向重力性生长特性，这种地下生殖枝和地上茎一样都能开花结实[8,9]，而且这种地下种子也是正常自花受精的结果。火柴头的这种繁殖对策不同于落花生子房的入土膨大(其花芽分化和开花受精均在地上完成) ，也不同于薄荷等植物子叶节上的侧芽向地生长(形成地下茎，能进行营养繁殖) [10]。这种损伤诱导抗性有些类似于植物抵抗食草动物或病原体的诱导抗性[10,11]，但不同的是，火柴头在损伤刺激后表现为增强生殖枝的向重力生长，增加在土壤中开花结实的机会，从而使其地下种子产量增加，其向重力性生长的特性也引起研究者们的极大兴趣[11]。
过氧化氢是活性氧的一种，诸多研究证明外源低浓度过氧化氢处理可引起细胞内游离Ca 2 + 浓度增加，启动钙信使系统[12]。另外，过氧化氢作为植物对外界环境胁迫反应的调节因子，能促进植物生长代谢。近年来H 2O 2作为信号分子，在细胞信号转导中的作用受到越来越多的关注[13]。一氧化氮(nitric oxide, NO)也是植物生长和发育的调节分子，能够对生物和非生物的逆境作出反应，并且在植物体的抗病防御反应中是一种重要的信号物质[14]。1997 年才确立了NO 在植物体内的内源信号核心作用，因此有广泛的研究空间[15]。
本试验以NO 和H 2O 2作为外源物质，研究火柴头在受到机械损伤后不同浓度梯度两种外源物
质对其生殖枝的向重力性生长影响，进一步研究NO 和H 2O 2作用的最有效浓度及其两种物质相互作用对新生枝的影响，对研究植物的向重性生长具有重要的意义。
二、研究内容和研究目标
研究内容：
● 对新生生殖枝向重力性产生影响的试剂种类
● 最有效的NO 与H 2O 2作用浓度
● NO 与H 2O 2的作用时效、相互影响
● 损伤及过氧化氢信号的效果
研究目标：探寻在植株向重性生长能起作用的试剂浓度，及其可能的作用通路（初步）
三、拟采取的研究方案及关键的问题
实验第一部分 拟解决之科学问题：
1. 去顶损伤对新生枝发生是否具有作用，及外源NO 、H 2O 2对新生枝发生的作用。
2. 外源NO 、H 2O 2的最有效作用浓度，不同部位的处理效果是否显著，作用部位效果是否相
同，有效浓度是否具有差异。
实验第二部分 拟解决之科学问题：
1. 外源NO 、H 2O 2对新生枝发生是否有相互作用，是促进还是抑制或无作用。
2. 外源NO 、H 2O 2对新生枝发生的作用是否具有时效性，二者时效性的差异如何。
3. 外源NO 、H 2O 2之间的相互作用如何，二者的相互作用是否有时间顺序。
四、可行性分析
要进行火柴头生殖枝损伤向重力性生长特性的研究，首先要有培养火柴头发芽和生长的装置，其次要有观察火柴头生殖枝损伤向重力性生长的试验技术和测量方法，还要有探讨生殖枝向重性生长的思路和方案。
关键是培养出理想的植株，即植株粗壮节间伸长，特别是第二节间并且有制造营养的叶片，根系发达。我们具备温室培养的条件，目前也有关于植株向重性生长的文献介绍和研究方法。
五、本研究的特色与创新之处
1. 本实验以火柴头为研究材料，火柴头地上、地下都可以进行有性和无性生殖，产生地上和地下大小不同的四种种子，这是火柴头在繁殖方面不同于其他培养材料的特殊之处，对于研究植物的向重性具有很大的意义。
2. 本实验用不同浓度的NO 和H 2O 2处理火柴头的倒二节间，以此研究火柴头生殖枝损伤向重力性生长的特性。
六、本研究计划及预期研究结果
1. 本试验预期一年内完成，首先确定外源试剂NO 、H 2O 2对火柴头新生枝发生作用的最有效作用浓度，之后再用最有效浓度的NO 和H 2O 2分别处理火柴头实生植株的不同部位，统计分析不同部位新生枝发生频度、新生枝发生正向重性反应角度和频度间显著性差异。
2. 探明最有效作用浓度的NO 和H 2O 2对火柴头生殖枝损伤向重力性生长特性的影响。
七、研究基础
7.1工作基础
七月初开始对火柴头地上大种进行培养，在植株的三叶一心时期用不同浓度的NO 和H 2O 2 对倒一节间进行处理，一周后观察其分枝情况，没有达到预期的试验结果，植株全部死亡。之后又连续培养几批材料，除倒一节没伸长外其他节间生长理想，因此仍无法用试剂处理倒一节间。十月中旬对此方案进行调整改为对植株的倒二节间进行处理，该批种子正在培养之中。
7.2工作条件
我们的研究室是江苏省和农业部的作物栽培生理重点实验室，植物学基础实验室是达到国家教委要求并通过江苏省教育厅组织专家严格验收的实验室。基本上具备了所需要的试验条件，如：温室，火柴头种子，温度培养箱，光照培养箱，试剂等等。
参考文献
[1]金银根. 潜性杂草火柴头生物学特性初探[J]. 杂草科学，1994（1）：10～13
[2]Culpepper，tanley.A.S ，Flanders.J.T.Tropical spiderwort(Cbenghalensis)control inglyphosate-resistant
cotton WeeTechnology[J].18(2).April 2004：432～436
[3]王艳红，王珂， 邢福. 匍匐茎草本植物形态可塑性、整合作用与觅食行为研究进展. 生态学杂志，
2005，24 (1)：70～74
[4]金银根. 潜性杂草火柴头生物学特性初探. 杂草科学，1994，(1)：10～13
[5]陈建民，秦秋琳，汤廷，金银根，万建民. 火柴头染色体核型及核糖体基因原位杂交研究. 杂草科
学，2004，(1)：1～4.
[6] 陈 刚， 闵海燕，朱春来，孙国荣，张彪，杜坤，梁建生. 火柴头的繁殖对策和繁殖代价研究，
生态学报，2006，26(2)： 521～527.
[7] Walker S.R., and J.P.Evenson. Biology of Commelina bengalensis L. in south-Queensland. 1. Growth,
development and seed production. Weed Research, 1985, 25: 239～244.
[8]何维明，钟章成. 植物繁殖对策的概念及其研究内容. 生物学杂志，1997，14(6)：1～3.
[9] 苏智先，张素兰，钟章成. 植物生殖生态学研究进展. 生态学杂志，1998，17(1)：39～46.
[10] 张玉芬，张大勇。克隆植物的无性与有性繁殖对策. 植物生态学报，2006，30：(1)174～183.
[11]钟章成. 植物种群的繁殖对策. 生态学杂志, 1995, 14(1) ：37～42.
[12]康国章，陶均，孙谷畴等. H 2O 2 和Ca 2 +对受低温胁迫香蕉幼苗抗冷性的影响[ J ]. 园艺学报，
2002， 29 (2) ：119～122.
[13]苗雨晨等. 过氧化氢—植物体内的一种信号分子〔J 〕. 生物学杂志，2001，18(2)：37～47.
[14]梁五生，李德葆. 一氧化氮(NO)对植物的生理和病理功能. 植物生理学通讯，2001，562～569.
[15]刘新，张蜀秋，娄成后. 植物体内一氧化氮的来源及其与其他信号分子之间的关系. 植物生理学
通讯，2003，513~518.
NO 和H 2O 2对火柴头生殖枝损伤向重力性生长特性的影响
姓 名：焦玉红
学 号：M070557
导 师：陈刚
摘要：繁殖对策是植物种群生态适应对策的核心问题, 对揭示植物生殖、生存和生长之间的协同进化关系具有重要意义。火柴头作为一种世界性的杂草既可以进行有性繁又可以进行无性繁殖，它的生殖枝在这种生殖、生存和生长之间的协同进化过程中形成了损伤诱导的向重力性生长特性，在损伤刺激后表现为增强生殖枝的向重力生长, 增加在土壤中开花结实的机会, 从而使其地下种子产量增加。本实验主要研究NO 和H 2O 2 对火柴头的生殖枝向重力性生长的影响。
关键词：NO ；H 2O 2；火柴头；损伤；向重力性 ,
一、研究背景和意义
火柴头（Commelina benghalensis L.）亦称饭苞草、竹叶菜，为单子叶植物纲、鸭跖草科、鸭跖草属、一年生草本植物[1,2]。我国河北及秦岭、淮河流域以南各省均有分布，常见于菜地、果园、棉田及大豆、玉米等旱作物田间，是一种常见的中生、耐渍型杂草[1,3]。火柴头既可以进行有性繁殖又可以进行无性繁殖。有性繁殖时，火柴头具有地上和地下生殖枝开花结实的特性，产生地上大、小种子和地下大、小种子4种不同类型的种子。火柴头除了可以进行有性繁殖产生4种类型的种子外，还可以依靠其匍匐茎进行无性繁殖，且在正常的生长条件下，其无性繁殖特别旺盛，是一种典型的克隆植物[4]。目前，火柴头的研究热点之一集中于其有性繁殖特性[5]，火柴头的另一研究热点集中于它的“农田杂草”特性方面，在非洲、美洲等部分地区，已经发展成为一种恶性杂草，与农作物竞争水分、矿物质、等生长要素[6]。
繁殖对策是植物种群生态适应对策的核心问题，对揭示植物生殖、生存和生长之间的协同进化关系具有重要意义[7]。火柴头作为一种世界性的杂草不仅面临着生存的问题，而且在生长过程中还要与农作物、其他植物进行竞争。它的生殖枝在这种生殖、生存和生长之间的协同进化过程中形成了损伤诱导的向重力性生长特性，这种地下生殖枝和地上茎一样都能开花结实[8,9]，而且这种地下种子也是正常自花受精的结果。火柴头的这种繁殖对策不同于落花生子房的入土膨大(其花芽分化和开花受精均在地上完成) ，也不同于薄荷等植物子叶节上的侧芽向地生长(形成地下茎，能进行营养繁殖) [10]。这种损伤诱导抗性有些类似于植物抵抗食草动物或病原体的诱导抗性[10,11]，但不同的是，火柴头在损伤刺激后表现为增强生殖枝的向重力生长，增加在土壤中开花结实的机会，从而使其地下种子产量增加，其向重力性生长的特性也引起研究者们的极大兴趣[11]。
过氧化氢是活性氧的一种，诸多研究证明外源低浓度过氧化氢处理可引起细胞内游离Ca 2 + 浓度增加，启动钙信使系统[12]。另外，过氧化氢作为植物对外界环境胁迫反应的调节因子，能促进植物生长代谢。近年来H 2O 2作为信号分子，在细胞信号转导中的作用受到越来越多的关注[13]。一氧化氮(nitric oxide, NO)也是植物生长和发育的调节分子，能够对生物和非生物的逆境作出反应，并且在植物体的抗病防御反应中是一种重要的信号物质[14]。1997 年才确立了NO 在植物体内的内源信号核心作用，因此有广泛的研究空间[15]。
本试验以NO 和H 2O 2作为外源物质，研究火柴头在受到机械损伤后不同浓度梯度两种外源物
质对其生殖枝的向重力性生长影响，进一步研究NO 和H 2O 2作用的最有效浓度及其两种物质相互作用对新生枝的影响，对研究植物的向重性生长具有重要的意义。
二、研究内容和研究目标
研究内容：
● 对新生生殖枝向重力性产生影响的试剂种类
● 最有效的NO 与H 2O 2作用浓度
● NO 与H 2O 2的作用时效、相互影响
● 损伤及过氧化氢信号的效果
研究目标：探寻在植株向重性生长能起作用的试剂浓度，及其可能的作用通路（初步）
三、拟采取的研究方案及关键的问题
实验第一部分 拟解决之科学问题：
1. 去顶损伤对新生枝发生是否具有作用，及外源NO 、H 2O 2对新生枝发生的作用。
2. 外源NO 、H 2O 2的最有效作用浓度，不同部位的处理效果是否显著，作用部位效果是否相
同，有效浓度是否具有差异。
实验第二部分 拟解决之科学问题：
1. 外源NO 、H 2O 2对新生枝发生是否有相互作用，是促进还是抑制或无作用。
2. 外源NO 、H 2O 2对新生枝发生的作用是否具有时效性，二者时效性的差异如何。
3. 外源NO 、H 2O 2之间的相互作用如何，二者的相互作用是否有时间顺序。
四、可行性分析
要进行火柴头生殖枝损伤向重力性生长特性的研究，首先要有培养火柴头发芽和生长的装置，其次要有观察火柴头生殖枝损伤向重力性生长的试验技术和测量方法，还要有探讨生殖枝向重性生长的思路和方案。
关键是培养出理想的植株，即植株粗壮节间伸长，特别是第二节间并且有制造营养的叶片，根系发达。我们具备温室培养的条件，目前也有关于植株向重性生长的文献介绍和研究方法。
五、本研究的特色与创新之处
1. 本实验以火柴头为研究材料，火柴头地上、地下都可以进行有性和无性生殖，产生地上和地下大小不同的四种种子，这是火柴头在繁殖方面不同于其他培养材料的特殊之处，对于研究植物的向重性具有很大的意义。
2. 本实验用不同浓度的NO 和H 2O 2处理火柴头的倒二节间，以此研究火柴头生殖枝损伤向重力性生长的特性。
六、本研究计划及预期研究结果
1. 本试验预期一年内完成，首先确定外源试剂NO 、H 2O 2对火柴头新生枝发生作用的最有效作用浓度，之后再用最有效浓度的NO 和H 2O 2分别处理火柴头实生植株的不同部位，统计分析不同部位新生枝发生频度、新生枝发生正向重性反应角度和频度间显著性差异。
2. 探明最有效作用浓度的NO 和H 2O 2对火柴头生殖枝损伤向重力性生长特性的影响。
七、研究基础
7.1工作基础
七月初开始对火柴头地上大种进行培养，在植株的三叶一心时期用不同浓度的NO 和H 2O 2 对倒一节间进行处理，一周后观察其分枝情况，没有达到预期的试验结果，植株全部死亡。之后又连续培养几批材料，除倒一节没伸长外其他节间生长理想，因此仍无法用试剂处理倒一节间。十月中旬对此方案进行调整改为对植株的倒二节间进行处理，该批种子正在培养之中。
7.2工作条件
我们的研究室是江苏省和农业部的作物栽培生理重点实验室，植物学基础实验室是达到国家教委要求并通过江苏省教育厅组织专家严格验收的实验室。基本上具备了所需要的试验条件，如：温室，火柴头种子，温度培养箱，光照培养箱，试剂等等。
参考文献
[1]金银根. 潜性杂草火柴头生物学特性初探[J]. 杂草科学，1994（1）：10～13
[2]Culpepper，tanley.A.S ，Flanders.J.T.Tropical spiderwort(Cbenghalensis)control inglyphosate-resistant
cotton WeeTechnology[J].18(2).April 2004：432～436
[3]王艳红，王珂， 邢福. 匍匐茎草本植物形态可塑性、整合作用与觅食行为研究进展. 生态学杂志，
2005，24 (1)：70～74
[4]金银根. 潜性杂草火柴头生物学特性初探. 杂草科学，1994，(1)：10～13
[5]陈建民，秦秋琳，汤廷，金银根，万建民. 火柴头染色体核型及核糖体基因原位杂交研究. 杂草科
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[6] 陈 刚， 闵海燕，朱春来，孙国荣，张彪，杜坤，梁建生. 火柴头的繁殖对策和繁殖代价研究，
生态学报，2006，26(2)： 521～527.
[7] Walker S.R., and J.P.Evenson. Biology of Commelina bengalensis L. in south-Queensland. 1. Growth,
development and seed production. Weed Research, 1985, 25: 239～244.
[8]何维明，钟章成. 植物繁殖对策的概念及其研究内容. 生物学杂志，1997，14(6)：1～3.
[9] 苏智先，张素兰，钟章成. 植物生殖生态学研究进展. 生态学杂志，1998，17(1)：39～46.
[10] 张玉芬，张大勇。克隆植物的无性与有性繁殖对策. 植物生态学报，2006，30：(1)174～183.
[11]钟章成. 植物种群的繁殖对策. 生态学杂志, 1995, 14(1) ：37～42.
[12]康国章，陶均，孙谷畴等. H 2O 2 和Ca 2 +对受低温胁迫香蕉幼苗抗冷性的影响[ J ]. 园艺学报，
2002， 29 (2) ：119～122.
[13]苗雨晨等. 过氧化氢—植物体内的一种信号分子〔J 〕. 生物学杂志，2001，18(2)：37～47.
[14]梁五生，李德葆. 一氧化氮(NO)对植物的生理和病理功能. 植物生理学通讯，2001，562～569.
[15]刘新，张蜀秋，娄成后. 植物体内一氧化氮的来源及其与其他信号分子之间的关系. 植物生理学
通讯，2003，513~518.