The effects of activated carbon and plants diversity ... - 华南农业大学

华 南 农 业 大 学 农 学 院 第 三 届 综 述 大 赛 获 奖 作 品 论 文 集二 等 奖 作 品plants. At last, the paper prospects the applications of controlling the lignin biosynthesis inagriculture, industry and energy plants.Key words: Lignin CCoAOMT Gene structure Gene expression1 前 言木 质 素 是 植 物 苯 丙 烷 代 谢 途 径 的 重 要 产 物 之 一 , 是 所 有 维 管 植 物 细 胞 壁 必 需 的 要 素 ,[1]是 丰 富 的 生 物 高 分 子 聚 合 物 , 光 合 作 用 所 固 定 的 碳 元 素 很 大 部 分 被 木 质 素 合 成 所 消 耗 。[2]木 质 素 也 是 地 球 上 仅 次 于 纤 维 素 的 一 种 大 分 子 有 机 物 质 , 是 维 管 植 物 细 胞 壁 的 重 要 组 成成 分 , 是 细 胞 壁 在 次 生 生 长 过 程 中 的 主 要 结 构 物 质 。 木 质 素 能 加 固 细 胞 壁 的 机 械 强 度 ,其 含 量 的 增 加 同 植 物 发 育 中 的 细 胞 分 化 和 对 病 原 菌 浸 染 的 抗 性 等 生 理 活 动 有 着 密 切 的 联[3]系 。 木 质 素 在 工 业 和 农 业 生 产 中 有 正 面 作 用 也 有 负 面 作 用 。 在 燃 烧 发 电 方 面 , 木 质 素 含量 较 高 的 植 物 材 料 燃 烧 后 可 以 释 放 较 多 的 能 量 。 在 饲 草 生 产 方 面 , 较 高 木 质 素 含 量 的 饲草 适 口 性 差 、 消 化 率 低 。 在 造 纸 方 面 , 原 料 中 的 木 质 素 将 影 响 纤 维 素 的 纯 化 。 提 高 木 质素 对 于 工 业 和 农 业 的 正 面 作 用 , 降 低 其 负 面 作 用 , 将 对 工 农 业 的 生 产 有 积 极 的 促 进 作 用 。木 质 素 是 复 杂 的 苯 丙 烷 单 体 聚 合 物 , 由 3 种 单 体 构 成 , 分 别 是 : 香 豆 醇 、 芥 子 醇 和 松柏 醇 。3 种 单 体 分 别 聚 合 成 三 类 木 质 素 , 分 别 是 对 羟 基 苯 基 木 质 素 (H)、 紫 丁 香 基 木 质 素(S) 和 愈 创 木 基 木 质 素 (G), 这 三 种 类 型 的 木 质 素 在 植 物 体 内 经 过 多 种 化 学 键 连 接 ,形 成 不 同 类 型 复 杂 的 木 质 素 。 木 质 素 的 生 物 合 成 过 程 有 许 多 酶 的 参 与 , 是 一 个 复 杂 的 过程 。 参 与 木 质 素 生 物 合 成 的 关 键 酶 主 要 有 苯 丙 氨 酸 氨 解 酶 (PAL)、 阿 魏 酸 -5- 羟 基 化 酶(F5H)、 肉 桂 酰 CoA 还 原 酶 (CCR)、 肉 桂 醇 脱 氢 酶 (CAD)、 咖 啡 酸 -O- 甲 基 转 移 酶(COMT) 和 咖 啡 酰 CoA-O- 甲 基 转 移 酶 (CCoAOMT) 等 。 对 木 质 素 合 成 关 键 酶 的 基 因进 行 调 控 , 可 以 有 效 的 获 得 具 有 不 同 木 质 素 特 征 的 植 物 。 在 木 质 素 合 成 的 关 键 酶 中 ,COMT 和 CCoAOMT 与 木 质 素 生 物 合 成 的 甲 基 化 反 应 有 关 , 分 别 与 S 木 质 素 和 G 木 质 素 的合 成 有 密 切 联 系 。 目 前 , 国 内 外 针 对 CCoAOMT 基 因 的 研 究 相 对 其 他 几 个 基 因 较 少 。 本文 主 要 介 绍 了 木 质 素 合 成 关 键 酶 CCoAOMT 基 因 的 结 构 特 征 、 表 达 特 性 及 表 达 调 控 方 面的 研 究 进 展 。2 CCoAOMT 的 结 构 及 表 达 特 征2.1 CCoAOMT 的 基 因 家 族 及 特 征木 质 素 合 成 途 径 中 大 部 分 的 关 键 酶 基 因 均 具 有 基 因 家 族 。 在 对 CCoAOMT 基 因 的 研 究中 发 现 ,CCoAOMT 基 因 往 往 也 存 在 基 因 家 族 的 现 象 。 在 对 亚 麻 (Linum usitatissimum) 木 质[4]素 的 研 究 中 发 现 ,CCoAOMT 基 因 家 族 中 有 2 个 成 员 , 即 LusiCCoAOMT1 和 LusiCCoOMT2;[5] [6]Ye 等 发 现 百 日 草 (Zinnia elegans) 的 CCoAOMT 基 因 多 达 10 个 ;Martz 等 发 现 , 烟 草(Nicotiana tabacum) 具 有 4 个 CCoAOMT 基 因 ; 银 合 欢 (Leucaena ieucocephaia) 有 2 个[7] [8]CCoAOMT 基 因 , 棉 花 (Gossypium hirsulum) 有 2 个 CCoAOMT 基 因 ; 水 稻 (Oryza sativa)[9] [10]有 3 个 CCoAOMT 基 因 ; 拟 南 芥 (Arabidopsis thaliana) 中 有 2 个 CCoAOMT 基 因 。85