[發明專利]一種玉米葉綠體聚光和避光運動的觀察鑒定方法

在審

• 申請號: 202310039203.0
• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN116008274A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 趙翔;鄧曉柳;李陸平;辛廣遠;朱金東
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;A01G22/20;G01N1/28;G01N1/36
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 張曉萍

本申請屬于玉米基因工程技術領域，具體涉及一種玉米葉綠體聚光和避光運動的觀察鑒定方法。所述光運動包括聚光運動和避光運動兩個方面，該方法包括：種子萌發、培養成苗、預處理、取樣處理和觀察等步驟。本申請以玉米為研究對象，在對玉米葉片中葉綠體光運動特點進行深入研究基礎上，對玉米葉綠體光運動的觀察鑒定體系進行了優化，明確了切片材料中葉片的最適生長天數等關鍵性觀察鑒定條件，可為玉米葉綠體光運動的標準化鑒定體系的建立奠定一定技術基礎。同時也為其他生物體微觀運動鑒定體系的建立提供了良好借鑒和參考。而基于這些工作，對于深入解析玉米光運動機制、以及相關親本篩選和新品種培育具有十分重要的基礎技術意義。

技術領域

本申請屬于玉米基因工程技術領域，具體涉及一種玉米葉綠體光運動觀察鑒定方法。

背景技術

玉米（Zea?mays?L.）是禾本科玉蜀黍屬一種一年生的雌雄同株異花授粉草本植物，原產于中美洲和南美洲，在全世界熱帶和溫帶地區廣泛種植，廣泛應用于食品、飼料和生物能源等領域。為了滿足全球日益增長的玉米生產需求，育種家一直在不斷選擇可以在更高密度下種植的玉米品種，以提高玉米單位土地面積產量。然而高密度種植會因臨近植物間遮蔭導致作物的中下層葉片光照不足出現弱光脅迫。如何根據光環境變化有效調整葉綠體在玉米葉片中重新定位以優化光捕獲，是提高玉米生產力的新途徑。

葉綠體是含有綠色色素（包括葉綠素a、b）的質體，是綠色植物進行光合作用的場所。葉綠體會根據光環境變化表現出聚集和分散運動，主要由藍光受體向光素（phot1和phot2）調節，旨在提高植物光捕獲能力。

在擬南芥中，研究表明，當光線受限時，弱藍光（0.01~20μmol?m^–2s^–1）會誘導葉綠體聚集在與入射光方向垂直的葉肉細胞壁上（聚光運動），最大限度地捕獲光。相反，藍光強度＞20μmol?m^–2s^–1時則會誘導葉綠體聚集在與入射光方向平行的葉肉細胞壁附近（避光運動），保護葉綠體免受光損傷，也有利于光分布到其他細胞層。總體上，不同光運動的具體生理過程有一定區別。避光運動機理為：避光運動受光受體PHOT1和PHOT2冗余調節(避光運動主要受PHOT2調節)；經由CHUP1、PMI2、PMI1、PMI15等基因構成的信號網絡，將光信號傳遞給肌動蛋白，由肌動蛋白（CP-actin）牽引著葉綠體向與光照方向相平行的細胞側移動移動；而聚光運動機理為：聚光運動受光受體PHOT1和PHOT2冗余調節(主要受PHOT1調節)；經由NCH1、RPT2、JAC1、KAC1、KAC2等基因構成的信號網絡，將光信號傳遞給肌動蛋白，由肌動蛋白（CP-actin）牽引著葉綠體向與光照方向相垂直的細胞側移動移動。

但實際研究中，玉米葉綠體聚光和避光運動機制不清楚，特別是玉米葉綠體運動屬于微觀現象，難以直接直觀觀察，更是無法直接定量測定，由此導致實際評估葉綠體運動情況時存在較多困難。實際評估中，針對葉綠體運動情況，常用間接性的葉片透光率的測定、或者采用光合作用的FV/Fm值來評估。但這種評估方式無法直觀了解到葉綠體在細胞內的運動狀態。

另一方面，針對玉米葉綠體聚光和避光運動研究時，由于玉米屬于C4植物，相較于C3植物葉綠體位于葉肉細胞，C4植物玉米的葉綠體既分布在葉肉細胞中，也分布在維管束鞘細胞中。這種分布差異所導致的問題是：葉肉細胞中的葉綠體能夠在光環境改變時做出比較明顯的運動現象，而維管束鞘細胞中的葉綠體常常分布在細胞中央，在光環境改變時不會做出比較明顯的運動現象。同時，由于玉米葉片有大量的維管束緊鄰排列，并且大部分葉綠體分布在維管束鞘細胞中，這使得即使用顯微鏡進行直觀觀察玉米葉綠體避光運動或者聚光運動現象時也容易存在較大的人為誤差。

綜上，針對不同植物，尤其是針對各種農作物，建立一種較為標準和準確的葉綠體避光或聚光運動鑒定和評估方法，對于準確反應光合作用效果、以及對于新品種的培育和鑒定是具有重要的技術意義的。

發明內容