活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭促進小麥幼苗生長，活性炭具有很高的吸附性，可以用于促進植物組織培養中的幼苗生長。

　　活性炭的大表面積可以吸附許多物質。有專門用于植物組織培養的活性炭，可以改善生長發育。它可以吸附培養基中存在的有害物質，包括瓊脂中的雜質，高壓滅菌過程中蔗糖產生的5-羥甲基糠醛，培養基中外植體分泌的苯醌，以及培養基中可用的有益物質，例如生長調節劑，維生素B6，葉酸和煙酸。關于其作用的報道很多，例如抗褐變，提高原代培養存活率，促進黑暗中的芽增殖和幼苗生長以及促進生根。然而，活性炭促進植物生長的作用機理是我們這次的關注點。

　　面包小麥是全球種植廣泛的作物，種植面積超過2.2億公頃。它是全球30%人口的主食。作為常規技術，胚胎培養已廣泛用于遠距離雜交，快速農作物發育和單倍體育種，并促進了新小麥品種的開發。在本次介紹中，通過轉錄組測序比較了在有或沒有活性炭的條件下培養的10日齡小麥幼苗的基因表達。是為進一步研究活性炭促進未成熟小麥胚發育的機制。

　　活性炭促進小麥幼苗生長的測試條件

　　將小麥幼穗的中間部分去皮，用1.5%NaClO滅菌15分鐘，然后用蒸餾水徹底沖洗。然后，剝去未成熟的胚胎，將盾片向下接種于基礎培養基或有4 g/L活性炭的基礎培養基中。每組準備十個生物學復制品，每個復制物中含10個未成熟胚。取10個5日齡和10個10日齡的幼苗，以確定干重，葉和根的鮮重，葉長，葉數，第一葉面積，根長和根數。在10天大的幼苗中測量與生長相關的生化指標。根活性通過萘胺TCC比色法測定。用蒽酮比色法測定可溶性糖，用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白質含量，用單寧法測定總酚含量。從基礎和活性炭培養基上生長的40個10天培養幼苗中，分別收集根和葉。每個樣品包含20個獨立的葉子或20個獨立的根。將每個樣品的兩個生物學重復樣品配對，立即在液氮中冷凍，并保存在-80°C下。

　　小麥幼苗生理生化指標的影響

　　簡而言之，我們在基礎培養基或活性炭培養基中從小麥幼苗進行體外培養，并在5次后收集幼苗和/或10天進行生理和生化分析。5天大的幼苗中的葉面積尚未確定，因為在此階段葉片未展開。對于5日齡和10日齡的幼苗， 活性炭上的生長速率顯著高于基礎培養基上的生長速率。10天齡幼苗的生化分析結果表明，與普通培養基相比，活性炭促進了小麥幼苗的根系活性并顯著增加了可溶性蛋白質含量，而總酚和可溶性糖含量卻低于普通培養基。

　　圖1：圖像顯示在活性炭或普通培養基中生長5天(a)或10天(b)的小麥幼苗。

　　活性炭刺激苯丙烷代謝

　　苯丙烷代謝途徑在植物中具有很高的生理意義，因為它直接和間接在苯丙烷骨架中產生所有物質。在培養基中存在活性炭的幼苗中，上調了9類基因。苯丙氨酸解氨酶基因被積極表達。氨基酸苯丙氨酸向反肉桂酸的轉化是碳從植物的初級代謝進入苯基丙烷類二級代謝的進入步驟。苯丙烷途徑可產生中間產物，例如反式肉桂酸，香豆酸，阿魏酸和芥子酸。這些中間產物可以轉化為香豆素，綠原酸和反香豆酸輔酶A酯，它們可以進一步轉化為次級代謝產物，例如木質素，類黃酮，異黃酮，生物堿和苯甲酸酯糖苷。這些產品在植物生長和發育的重要作用，這些物質的含量密切相關的苯丙氨酸解氨酶活動，這是非常重要的植物生理學。苯丙氨酸解氨酶的生理作用之一是促進細胞分化和植物生長。可以表明，向生長培養基中添加活性炭可以至少部分地通過促進苯丙氨酸解氨酶來加速幼苗的生長。

　　活性炭促進小麥幼苗生長，至少在某種程度上，它可以通過促進與細胞分化和幼苗生長有關的苯丙烷生物合成途徑中某些基因的表達以及與激素信號轉導相關的基因的表達來實現。活性炭刺激與苯丙烷生物合成有關的基因表達，促進細胞分化和幼苗生長，并通過調節植物激素信號傳導抑制生長抑制基因的表達。這項研究的結果初步表明，活性炭是可以促進小麥幼苗生長的。

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