木质素代谢在加拿大一枝黄花入侵过程中所受调控机制的研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

随着全球经济一体化进程的加快、人类交往的增加以及对环境干扰的加剧，外来生物入侵已成为全球性的社会经济和环境问题，以及全球变化的重要组成部分。入侵物种的扩散严重威胁着全球生物多样性安全、生态系统的结构和功能、农林牧渔业生产，甚至危害人类健康^[1]。其中加拿大一枝黄花作为一种世界性的入侵植物，其侵入我国已有70多年的历史。加拿大一枝黄花(solidago canadensis l．)为菊科(asteraceae)一枝黄花属多年生草本植物，原产于北美。现已成功侵入欧洲中西部、亚洲大部以及澳大利亚和新西兰等地，成为一种世界性的入侵杂草^［2］。加拿大一枝黄花于 1935 年作为庭院花卉引入我国上海、南京等地，随后逸生至野外，成为恶性杂草，现分布于我国华东、华中、华北、东北和西南等地区，并有可能进一步扩散^［3］。加拿大一枝黄花在入侵地往往形成单优势种群落，影响生态系统内各功能群之间的联系，破坏生态系统结构和功能，威胁生物多样性，严重的可导致本地物种局部灭绝^［4］。加拿大一枝黄花侵入农田、果园会造成作物大面积减产，引起重大的经济损失，但现在还没有十分有效的控制手段，因此当地政府需投入大量资金对其进行长期的防治和管理。

目前，国内外对加拿大一枝黄花的入侵机理已有许多报道。大部分研究认为加拿大一枝黄花的入侵能力、入侵地环境的脆弱性以及人类活动的干扰是其成功入侵的关键因素^[5]，但很少关注入侵过程中加拿大一枝黄花的木质素代谢情况及其调节机制等问题。

本课题通过研究木质素代谢在加拿大一枝黄花入侵过程中所受调节机制，以期进一步了解加拿大一枝黄花的入侵机理，从而为提出切实可行的外来入侵物种防治措施提供参考。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：研究木质素代谢在加拿大一枝黄花入侵过程中所受调节机制

研究内容：

1.木质素代谢过程中关键酶活性的研究

3. 研究的方法与方案

研究方法：

该课题中涉及到的研究方法包括酶活性的测定，双向凝胶电泳以及Western Blot杂交检测技术等。

技术路线：

实验方案：

1.木质素代谢过程中关键酶活性的研究

本实验中测定的木质素代谢相关酶的酶活包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、甲基转移酶（COMT）、4-香豆酸：CoA连接酶（4CL）、肉桂酸脱氢酶（CAD）、过氧化物酶（POD）和漆酶(LAC)。目前国际上这些酶的酶活测定方法均有广泛研究。

酶活测定：在木质素差异分配时间段的前15天开始，每10天取样一次，直到该机制终止。在各阶段，分别提取入侵地和原产地种群的总蛋白，冷冻保存。首先进行上述木质素代谢相关酶活的测定。比较不同种群生长过程中木质素代谢相关酶活性的动态变化差异并对结果进行统计学分析，筛选入侵地和原产地种群中活性有明显差异的目标酶做表达差异研究。

2.木质素代谢过程中酶表达水平差异的研究

表达差异研究：根据已有的研究结果和NCBI基因、蛋白数据库的分析结果，我们发现主要的木质素生物合成关键基因是较为保守的。这为克隆基因序列中的保守区以及根据蛋白序列保守区合成多肽制备抗体提供可能。根据前期初步筛选出的目标酶蛋白序列的保守区设计用于制备抗体的多肽并制备抗体。抗体制备成功后，通过双向凝胶电泳结合Western Blot杂交检测技术检测酶活测定中筛选出的目标蛋白的表达水平的动态变化。综合以上结果，分析哪些酶参与了加拿大一枝黄花入侵过程中的木质素主动优化分配机制，筛选蛋白表达水平具有统计学意义差异的蛋白，即确定木质素主动优化分配机制关键酶。

可行性分析：

本实验室有较好的加拿大一枝黄花研究平台，设备齐全，研究材料来自中国、美国、加拿大、俄罗斯、日本等国家，同时也在加拿大一枝黄花形态、生理生化、分子等水平对其进行深入的了解，因此对加拿大一枝黄花的研究比较成熟。

4. 研究创新点

目前，国内外关于加拿大一枝黄花的入侵机制已有较多的报道，但其大多是从加拿大一枝黄花的生物学特点，抗逆性、入侵地环境的可入侵性、化感效应以及植物与土壤的反馈作用等方面研究其入侵机理的，而很少关注木质素在入侵过程中所起到的作用。因此，尝试从木质素分配的角度阐述加拿大一枝黄花在入侵过程中的生态适应机制正是此课题的创新之处。

5. 研究计划与进展

2015年3月2015年4月 分别提取入侵地和原产地不同种群加拿大一枝黄花的木质素差异分配各阶段的总蛋白，并测定其中与木质素代谢相关的酶的活性。

2015年4月2015年5月 测定并分析相关酶表达水平的动态变化，以确定在加拿大一枝黄花入侵过程中影响木质素分配的关键酶，从而进一步阐述其生态适应机制。