褪黑素对大豆生长以及生物固氮的影响

论文总字数：6974字

摘 要

以淮豆13为实验材料，研究褪黑素(melatonin,MT)对大豆生长和生物固氮的影响。实验设置了两个处理：CK(空白对照)、400μmol/L的褪黑素溶液处理。在大豆结荚中期分别对大豆的株高、茎粗、根长、根重、根瘤数和根瘤重等方面进行调查。结果显示褪黑素对大豆株高、根长、根重以及根瘤数这些方面均没有显著性的影响；而褪黑素对大豆植株的茎粗和根瘤重有显著性影响。

关键词：大豆；褪黑素；生长；生物固氮

Abstract: Using Hudou 13 as experimental material, the effects of melatonin (MT) on soybean growth and biological nitrogen fixation were studied. Two treatments were set up: CK (blank control) and melatonin solution of 400 micromol/L. The plant height, stem diameter, root length, root weight, nodule number and nodule weight of soybean were investigated in the middle stage of podding. The results showed that melatonin had no significant effect on plant height, stem diameter, root weight and nodule number of soybean, while melatonin had significant effect on root length and nodule weight of soybean.

Key words: Soybean; Melatonin; grow; biological nitrogen fixation.

目 录

1引言 6

1.1褪黑素概述 6

1.2褪黑素的生物合成 6

1.3褪黑素对生物的生理作用 7

2材料与方法 7

2.1材料培养 7

2.2实验处理 7

2.3指标调查方法 8

3.结果和分析 9

3.1褪黑素对大豆生长的影响 9

3.2褪黑素对大豆生物固氮的影响 12

总结 14

参考文献 15

致谢 16

1．引言

生物固氮是固氮生物通过一系列反应，将大气中游离态的氮元素转变成生物体能直接吸收利用的氮元素,而氮元素是生物体蛋白质组成的必需元素^[1]，也是生物生长必须的大量元素之一，同时还参与生物体内的多种生命活动。大气中氮气的体积分数约为78%，多以氮氮三键结合,结合非常紧密,很不容易被生物直接吸收利用；人工固氮的效率不高，而且高温高压的条件也比较苛刻，而雷电固氮火山喷发固氮所固定的氮素很难被收集；生物固氮所固定的氮素占据世界上固氮量的90%，占绝对的数量。

经过研究发现，生物固氮只有在豆科植物和少数非豆科植物中才能进行，这些植物通过与根瘤菌的共生固氮作用将氮分子转变为氨，从而被吸收利用，这种生命活动促进了生态圈物质的循环，在整个生物界具有极为重要的意义^[2] 。

1.1褪黑素概述

褪黑素（melatonin,MT），又名N-乙酰-5-甲氧色胺，首次在动物的多个生理活动过程中发现该物质，进而被有关研究人员认定为是一种重要的生物激素。在后来的相关实验中发现，褪黑素作为一种广谱的生理调节剂，从最简单的单细胞藻类到高等植物，从鱼类、鸟类、哺乳动物到灵长类的人的体内都存在该物质^[3]。

1.2褪黑素的生物合成

褪黑素最早是在动物的松果体内发现的，并且褪黑素在哺乳动物体内有着处于黑暗中时，分泌活动立即加强；当转于光亮环境时则即停止分泌的特性。植物体内褪黑素的生物合成途径最早由Murch等在对金丝桃的研究中发现的^[4]。 植物中褪黑素的合成路径与动物十分相似，合成的前体物质均为色氨酸，色氨酸需要经过4个复杂的酶促反应后才能生成褪黑素，但植物褪黑素的合成要比动物中灵活的多，因为植物可以以氨基酸为原料，通过自身反应合成色氨酸，而动物获取色氨酸的途径只有通过食物这一单一途径。

褪黑素分子同时具有亲水和亲脂两种特性，因此很容易在组织细胞间转移，并且植物褪黑素的积累受环境因素影响较大，导致无法判断其在生物体中具体的合成器官及合成位点。直至2013年，Tan等提出了植物中褪黑素合成位点是线粒体和叶绿体的假设，该假设提出的基础是基于植物产生自由基的主要器官是线粒体和叶绿体，自由基的快速堆积会对蛋白质、膜、核酸等造成一定伤害, 为了避免遭受这种损伤, 植物需要产生某种物质，并依靠它的保护作用来维持正常的生理功能^[5]，而褪黑素被证明是一种抗氧化剂，能够有效地清除过多的自由基，因此褪黑素很有可能在线粒体和叶绿体中产生，该假设也被广大学者认可。

1.3褪黑素对生物的生理作用

有关褪黑素作用，在不同生物体内有着不同的作用，褪黑素在植物不同发育过程以及应激反应中起着重要的保护作用，包括参与生长调节、光合调节及提高抗逆作用等^[6];对于人和动物来说，褪黑素在改善睡眠质量以及保持良好的精神状态方面有着明显的效果^[7]。

最新的研究表明褪黑素还具有其他重要的作用，因为褪黑素有着极强的抗氧化作用，这可以有效的保护细胞组织不被代谢产生的自由基损伤和破坏，因此褪黑素在抗衰老、抗疾病等方面有着显著作用^[8]。另外对植物在恶劣环境中的生长有一定的缓和作用，叶面施加褪黑素可以缓解高温对植株的伤害^[9],通过使用一定量褪黑素来提高植物的抗冷害能力^[10]，在盐胁迫的环境下，褪黑素可以对植物的抗氧化特性和光合特性产生良性影响^[11]。褪黑素作为广泛存在于动植物体内的分子，其全部的生理，药理功能还未完全探明，这些都有待将来的实验研究一一揭开。

大豆是我国主要的豆科作物。随着人们物质生活水平的提高，对植物蛋白质和脂肪需求量越来越高，因此大豆在农业生产中占据的位置也越来越重要^[12]。大豆同时又是典型的具有生物固氮作用的植物，与根瘤菌在自然条件下的固氮量最多可以占植物所需总氮量的95%^13]，因此生物固氮作用对大豆的生长和收获有着不可或缺的作用，如果能通过人为因素加强大豆的生物固氮作用，对大豆产量的提升就会有明显的帮助。因此，本实验以大豆为实验材料，研究褪黑素是否对大豆生长和生物固氮有影响。

2.材料与方法

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