活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭促进小麦幼苗生长，活性炭具有很高的吸附性，可以用于促进植物组织培养中的幼苗生长。

　　活性炭的大表面积可以吸附许多物质。有专门用于植物组织培养的活性炭，可以改善生长发育。它可以吸附培养基中存在的有害物质，包括琼脂中的杂质，高压灭菌过程中蔗糖产生的5-羟甲基糠醛，培养基中外植体分泌的苯醌，以及培养基中可用的有益物质，例如生长调节剂，维生素B6，叶酸和烟酸。关于其作用的报道很多，例如抗褐变，提高原代培养存活率，促进黑暗中的芽增殖和幼苗生长以及促进生根。然而，活性炭促进植物生长的作用机理是我们这次的关注点。

　　面包小麦是全球种植广泛的作物，种植面积超过2.2亿公顷。它是全球30%人口的主食。作为常规技术，胚胎培养已广泛用于远距离杂交，快速农作物发育和单倍体育种，并促进了新小麦品种的开发。在本次介绍中，通过转录组测序比较了在有或没有活性炭的条件下培养的10日龄小麦幼苗的基因表达。是为进一步研究活性炭促进未成熟小麦胚发育的机制。

　　活性炭促进小麦幼苗生长的测试条件

　　将小麦幼穗的中间部分去皮，用1.5%NaClO灭菌15分钟，然后用蒸馏水彻底冲洗。然后，剥去未成熟的胚胎，将盾片向下接种于基础培养基或有4 g/L活性炭的基础培养基中。每组准备十个生物学复制品，每个复制物中含10个未成熟胚。取10个5日龄和10个10日龄的幼苗，以确定干重，叶和根的鲜重，叶长，叶数，第一叶面积，根长和根数。在10天大的幼苗中测量与生长相关的生化指标。根活性通过萘胺TCC比色法测定。用蒽酮比色法测定可溶性糖，用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白质含量，用单宁法测定总酚含量。从基础和活性炭培养基上生长的40个10天培养幼苗中，分别收集根和叶。每个样品包含20个独立的叶子或20个独立的根。将每个样品的两个生物学重复样品配对，立即在液氮中冷冻，并保存在-80°C下。

　　小麦幼苗生理生化指标的影响

　　简而言之，我们在基础培养基或活性炭培养基中从小麦幼苗进行体外培养，并在5次后收集幼苗和/或10天进行生理和生化分析。5天大的幼苗中的叶面积尚未确定，因为在此阶段叶片未展开。对于5日龄和10日龄的幼苗， 活性炭上的生长速率显着高于基础培养基上的生长速率。10天龄幼苗的生化分析结果表明，与普通培养基相比，活性炭促进了小麦幼苗的根系活性并显着增加了可溶性蛋白质含量，而总酚和可溶性糖含量却低于普通培养基。

　　图1：图像显示在活性炭或普通培养基中生长5天(a)或10天(b)的小麦幼苗。

　　活性炭刺激苯丙烷代谢

　　苯丙烷代谢途径在植物中具有很高的生理意义，因为它直接和间接在苯丙烷骨架中产生所有物质。在培养基中存在活性炭的幼苗中，上调了9类基因。苯丙氨酸解氨酶基因被积极表达。氨基酸苯丙氨酸向反肉桂酸的转化是碳从植物的初级代谢进入苯基丙烷类二级代谢的进入步骤。苯丙烷途径可产生中间产物，例如反式肉桂酸，香豆酸，阿魏酸和芥子酸。这些中间产物可以转化为香豆素，绿原酸和反香豆酸辅酶A酯，它们可以进一步转化为次级代谢产物，例如木质素，类黄酮，异黄酮，生物碱和苯甲酸酯糖苷。这些产品在植物生长和发育的重要作用，这些物质的含量密切相关的苯丙氨酸解氨酶活动，这是非常重要的植物生理学。苯丙氨酸解氨酶的生理作用之一是促进细胞分化和植物生长。可以表明，向生长培养基中添加活性炭可以至少部分地通过促进苯丙氨酸解氨酶来加速幼苗的生长。

　　活性炭促进小麦幼苗生长，至少在某种程度上，它可以通过促进与细胞分化和幼苗生长有关的苯丙烷生物合成途径中某些基因的表达以及与激素信号转导相关的基因的表达来实现。活性炭刺激与苯丙烷生物合成有关的基因表达，促进细胞分化和幼苗生长，并通过调节植物激素信号传导抑制生长抑制基因的表达。这项研究的结果初步表明，活性炭是可以促进小麦幼苗生长的。

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