專利名稱：植物多聚adp核糖聚合酶抑制劑在改善植物性狀中的應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于植物生物學和農業技術領域，具體涉及植物多聚ADP核糖聚合酶抑制劑在改善植物性狀中的應用。
背景技術：
干旱是我國主要的自然災害之一，干旱往往導致農作物的大規模減產，是限制農作物糧食產量的重要環境因素之一。為了減小干旱年份作物產量的損失，有效地利用有限的水資源，提高作物的抗旱性一直是農業科學技術研究的主要目標之一。抗旱育種目前主要是通過雜交育種或者轉基因育種培養抗旱品系來達到，目前我國在這方面已經投入大量資金，但見效較慢，而且對于每一個物種來說，由于植物生理形態差異以及種植條件差異， 都需要投入相應的研究力量來展開研究，較為耗時耗力，因此發展抗旱育種上的新思路和新方法很重要(liu et al.，2006)。強壯發達的根系可提高作物的吸水能力，降低干旱的危害，因此根系發達程度常作為抗旱性鑒定指標。根系發達程度如胚根數、根數、根干重、根長、根粗、根重、根的分布、 密度、根冠比等可作為抗旱指標(景蕊蓮等，1995;張愛良等，1997)。除了吸收水分與營養外，根系還具有合成及分泌功能等。根系能分泌有機酸、酶、生物堿等物質，對土壤中礦物質、肥料的有效性產生深遠影響；能影響根際微生物的種類和數量；還能對土壤的重金屬離子以及其它有機污染物進行環境修復。本發明提供了一類可以促進植物根系生長并增強抗旱能力的新物質3-AB及其類似物，它們是植物多聚ADP核糖化聚合酶[Poly (ADP ribosyl) Polymerase]的抑制劑，3_AB 處理后植物的冠根和側根生長旺盛，總根數增加，不僅如此，植株的生物量(鮮重)也同時增加了。對植物進行抗干旱能力測定還發現3-AB幫助植物提高了抗旱能力。3-AB的結構類似物具有相似活性。本發明可應用于農業生產上促進植物根系生長以及增強植物抗旱性，使用方便、效果明顯，應用前景廣闊。
發明內容
本發明的目的是提供植物多聚ADP核糖聚合酶抑制劑在改善植物性狀中的應用。本發明所述的植物多聚ADP核糖聚合酶的抑制劑，包括3-AB，BA等，所述改善植物性狀是指能夠促進植物根系生長并能提高植物對干旱逆境耐受性等。本發明首先提供了一種小分子化學物質，它具有刺激植物側根生長的作用，其中文名為3-氨基苯甲酰胺，英文名為d-aminobenzamide，分子量為136. 15，該物質又可被簡稱為3-AB。本發明提供這種物質處理植物的方法為將所述抑制劑(如3-AB)配制成水溶液， 在植物苗期時將所述抑制劑(如3-AB)加在培養液或培養基中，終濃度0. 5mM-2mM，或者滴灌在植物根部周圍的土壤中，濃度約lmM-3mM，每隔4一6天滴灌一次，一段時間后O0-30 天)觀察植物的根系，可以發現處理過的植物有明顯發達的根系(圖1，圖3，圖4)，不僅如此，苗期植物的地上部分以及地下部分的鮮重也有所增加(圖1，圖2)。本發明還提供所述抑制劑(如3-AB)在提高植物抗干旱能力上的應用。具體如下 將植物(如擬南芥等)生長在土壤中，在植物移栽后施用所述抑制劑(如3-AB)的水溶液， 濃度1. 5-2. 5mM,每隔4一6天施用一次，共3_5次，待植物長到一個月以后進行干旱實驗，發現經所述抑制劑(如3-AR)處理過的植物耐旱性明顯增強，干旱三周后未處理的植物幾乎已死亡，而處理的植物仍然存活。恢復澆水后，經處理的植物能很好恢復，而對照植物已經死亡(圖5)。采用上述類似的處理方法，本發明還進一步發現3-AB的類似物BA(中文名苯甲酰胺)等具有與3-AB相類似的促進側根生長的活性，這些類似物都為植物多聚ADP核糖聚合酶(PARP)的抑制劑，它們可能通過抑制PARP的活性來促進植物的根系生長(圖2)。本發明所述3-AB溶液處理不同植物包括擬南芥、煙草、玉米等有最佳施用濃度， 如擬南芥為ImM，煙草為2mM，玉米為ImM。本發明中所采用的試驗植物僅為代表和應用舉例，本發明內容并不限于只應用于這些植物。還應注意，本發明所聲明的具有促根抗旱作用的物質包括一類可以抑制植物 PARP活性的物質，無論這種抑制劑是目前已知的還是未知的。使用者可以利用3-AB及其衍生物或者類似物來處理植物，獲得促側根增多和抗旱的效果，或者合成一種新的比現有物質成本更為低廉但結構或功能類似的物質來行使作用。在使用此物質時使用濃度和處理時期特別重要，如果濃度過高，可能有抑制生長的負作用，對于不同植物，最佳使用濃度會有差別；在對植物施用時應注意，使用時期不能已超過植物側根發育的最佳時期。
圖1 :3-AB促進擬南芥的側根生長對比圖示。其中，A.擬南芥消毒后撒種到不含或含有ImM 3-AB的1/2MS培養基上，生長20天后拍照。由圖中可看出ImM 3-AB明顯促進了擬南芥側根的生長和發育。B. 3-AB處理和未處理的擬南芥在1/2MS培養基上生長20天后的根葉數目統計比較。C. 3-AB處理和未處理的擬南芥苗、根及地上部分鮮重統計對比。圖2 :BA促進擬南芥的側根發育對比圖示。其中，A.擬南芥在不含以及含有2mM 的BA的1/2MS培養基上生長20天后拍照。B. BA處理和未處理的擬南芥在1/2MS培養基上生長20天后的根葉數目統計比較。C. BA處理和未處理的擬南芥苗、根及地上部分鮮重統計對比。圖3 :3-AB促進煙草的側根生長對比圖示。其中，A.煙草在不含以及含有2mM的 3-AB的V2MS培養基上六周后拍照。B.煙草在不含以及含有2mM的3-AB的V2MS培養基上六周后，側根數目統計比較。圖4 :3-AB及BA促進玉米的側根生長圖示。其中，A.玉米在OmM/lmM 3-AB以及 2mMBA水溶液中處理一周拍照。B.玉米在OmM/lmM 3-AB以及2mM BA水溶液中處理一周后側根數目統計。圖5 :3-AB處理提高擬南芥的耐旱能力圖示。其中，A.擬南芥停止澆水三周后，未處理對照幾乎干枯，經3-AB處理過的植物葉片仍保持較高的含水量。B.經3-AB處理過的植物后復水后能恢復，而未處理對照則不能。C.正常條件生長植物、干旱三周后的對照植物、3-AB處理過的植物葉片中的含水量比較。圖6 :3-AB處理后調節植物根中生長素的分布。將DR5:⑶S轉基因陽性種子消毒后種植到不含以及含有ImM 3-AB的1/2MS培養基上生長一周后染色，發現用ImM 3-AB 處理后在下胚軸與基根連接處以及側根原基位置藍色信號增強，說明生長素分布發生了變化，生長素在這些部位富集。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡明本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規方法或本領域研究人員所熟知的方法，或者按照試劑銷售商所建議的條件。應特別注意，下述實施例中所提到的植物僅用于舉例，3-AB及其類似物的應用并不限于這些植物。實施例1擬南芥、煙草、玉米等種子的處理方法擬南芥以及煙草種子先用70%乙醇消毒lOmin，再用100%乙醇+0.01% Triton 振蕩數次后傾倒于已滅菌的干凈濾紙上，用牙簽點種在1/2MS培養基上，放至光照培養箱中培養。以不含3-AB的培養基作為對照，觀察含有l-2mM 3-AB或BA的培養基上植物的生長情況。玉米種子用3%的雙氧水消毒30min后漂洗數次以洗凈雙氧水，換上干凈的純水浸種48h，37度催芽Mh，然后將紗布置于長試管中為支持物，將發芽的苗置紗布上，每管1 棵，十管一組，試管中不含或含有3-AB或BA水溶液，于光照培養箱中生長一周后拍照。實施例2側根數以及植物各部分鮮重測定擬南芥在生長20天后，取苗15株以上，計數從基部發出的根數以及整個根系的側根數；將苗分成根和根以上部分，以精密天平分別稱取鮮重，比較處理和不處理植物的側根數以及各部分鮮重。煙草生長六周后計數各株植物整個根系的側根數，玉米則在生長一周后計數從基根發出的須根上生長出的側根數目。實施例3植物抗干旱能力的觀察和測定待擬南芥萌發至第一片真葉長出時，選取健壯、生長一致的苗移栽到事先滅菌的培養土中(土先稱重，以保證干旱時每個小盆中的土壤份量一致，含水量也一致)。擬南芥移栽5天后，將3-AB配制成2mM的水溶液，對擬南芥根部進行滴灌，以根部濕潤為度，每個苗盡量用同等體積的溶液處理。以用水滴溉作為3-AB處理的對照。隔5天重復一次，共處理3次。待植株生長30天后先讓每個小盆吸飽水分，然后停止澆水，停止澆水前仍然稱每個小盆重量，以保證每個缽里的土壤含水量一致，處理約20天后，對照植物開始干枯，測量此時對照植物以及處理植物中葉片的相對含水量。復水，5天后觀察擬南芥復活情況。實施例4葉片含水量測定選取同時生長的對照與處理的擬南芥第三片葉子，用自來水沖去葉片表面雜物， 再用去離子水洗凈。剪取后馬上稱重得到植物葉片鮮重(Fresh weight, FW)；將植物葉片浸入水中4小時后取出，用草紙吸干葉子表面的水分后立即稱重，得到植物葉片的濕重 (Turgid weight, Tff)；將稱過的葉片放入80度烘箱中完全烘干，直至葉片重量不再變化時為止，稱取植物干重(Dry weight，DW)。以下面公式計算植物的相對含水量(Relativewater content, RffC)。
RffC = (Fff-Dff)/(Tff-Dff) X 100%實施例5 3-AB與內源生長素之間的關系側根的形成依賴于植物生長激素中的一種一生長素。前人研究結果已經證實外源生長素類似物(IAAJ引哚-3-乙酸，NAA，萘乙酸；2，4-D，二氯苯氧基乙酸)會增加側根的數量(Blakely，1988 ；Laskowski, 1995)。相反地，用生長素運輸抑制劑如NPA會減少側根的數量(Casimiro et al. ,2001 =Reed et al.，1998)。總而言之，生長素在側根的形成過程中起著重要的作用。為了觀察3-AB促進側根生長是否與內源生長素之間存在關系，用生長素響應基因DR5啟動子驅動GUS報告基因，穩定轉化擬南芥，經篩選獲得純合轉基因植株。在轉基因植物中，含有生長素的組織，GUS染色后將會有藍色信號的出現，藍色信號強弱與生長素濃度直接相關。將DR5:⑶S轉基因株種子種到含有ImM 3-AB的1/2MS培養基上。生長十天后將整個植株進行⑶S染色，與未用3-AB處理的對照組相比較。結果發現經ImM 3-AB處理后的植株下胚軸與基根連接處以及側根原基位置藍色信號明顯增強。據此推測，3-AB促進了生長素的原位合成或者向根部運輸，從而促進擬南芥的側根發育。綜上所述，本發明專利提供了一類新的促根抗旱劑，該物質使用濃度低，使用方便，使用后植物側根生長發達，整體上保水能力增強，對干旱的耐受能力增強。在農業生產上具有重要意義。
權利要求
1.植物多聚ADP核糖聚合酶抑制劑在改善植物性狀中的應用，其特征在于所述改善植物性狀是指促進植物根系生長和提高植物對干旱逆境的耐受性。
2.根據權利要求1所述的物質的應用，其特征在于所述植物多聚ADP核糖聚合酶的抑制劑為3-氨基苯甲酰胺，縮寫3-AB，或者為苯甲酰胺，縮寫BA。
3.根據權利要求2所述的應用，其特征在于將所述抑制劑配制成水溶液，在植物苗期時將抑制劑加在培養液或培養基中，終濃度0. 5mM-2mM，或者滴灌在植物根部周圍的土壤中，濃度為lmM-3mM，每隔4_6天滴灌一次，共3_4次。
4.根據權利要求2所述的應用，其特征在于對生長在土壤中的植物施用所述抑制劑配制成水溶液，濃度1. 5-2. 5mM，每隔4—6天施用一次，共3_5次。
全文摘要
本發明屬于植物學與農業技術領域，具體涉及植物多聚ADP核糖聚合酶抑制劑在改善植物性狀中的應用。本發明所述的多聚ADP核糖聚合酶抑制劑，包括3-AB，BA等，所述改善植物性狀是指能夠促進植物根系生長并能提高植物對干旱逆境耐受性等。植物施用這些抑制劑后，根系生長更為發達，表現為根系增多，苗期鮮重增加；不僅如此，植物也表現出更強的耐干旱能力。本發明可用于促進植物根系生長并增強其耐旱能力。
文檔編號A01P21/00GK102283198SQ20101020234
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月17日 優先權日2010年6月17日
發明者劉偉偉, 劉財豐, 張海磊, 葛曉春 申請人:復旦大學