干旱胁迫下蒲公英生理响应与质膜水孔蛋白基因表达

发布时间：2017-10-04 14:23

  本文关键词：干旱胁迫下蒲公英生理响应与质膜水孔蛋白基因表达

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【摘要】：蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.),为菊科多年生草本植物,具有十分重要的营养价值和药用价值。近年来随着人们对野菜的青睐,特别是像蒲公英这样具有食疗功能的野生蔬菜,已广泛引起医学和营养方面专家的重视,随着全球气候变暖,干旱逆境问题日趋严重。干旱逆境成为限制植物生长,降低作物产量的主要问题之一[2];本研究以蒲公英作为研究对象,设置3个土壤含水量水平(相对含水量),分别为充分供水(CK,RWC=90%±5%)、中度胁迫(MS,RWC=75±5%)、重度胁迫(SS,RWC=50±5%),持续进行9d干旱胁迫,同时第9d后进行复水,复水后第7d进行复水指标测定,对蒲公英生理及分子机制进行系统研究,主要结果如下：(1)中度胁迫下,蒲公英根系活力随着处理时间的延长而增大,重度胁迫蒲公英根系活力水时间延长先增大后减小。并在重度胁迫第6d时达到峰值,高于这一水平,根系活力减小,根冠比增加。复水后根系活力恢复正常水平。胁迫对根系生长具有促进作用,胁迫后的复水,会使蒲公英根系获得补偿效应,能够更快的恢复正常状态。根冠比复水后不显著下降,叶片依然存在锯齿状边缘,证明干旱对叶片的影响较大,虽然对生理状态没有造成严重破坏,但是叶片较难恢复至正常状态,影响蒲公英可食用部分价值。(2)干旱胁迫下,蒲公英SOD、POD、CAT活性呈现先升后降的变化趋势,峰值出现在MS第9d,SS第6d。复水后MS恢复正常水平。活性氧清除系统能够在受到胁迫后较长时间内维持平衡,植物不容易受到过氧化物的损害。在复水后重度胁迫维持较高值,中度胁迫恢复至未受到胁迫状态。随着胁迫时间延长和胁迫程度的增大,蒲公英脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白均出现不同程度的上升。复水后均高于对照组。(3)随着干旱胁迫时间增加,蒲公英叶绿素a、b含量持续增加,叶绿素a、b之间的比值也发生复杂变化。在胁迫第9d,MS/SS叶绿素a、b含量高于CK,增加了叶片的光合能力,但是总叶绿素含量低于CK,有可能总叶绿素含量具有一定的滞后性。复水后叶绿素a、总叶绿素没有变化,只有叶绿素b出现了一定的补偿效应。(4)Fo的变化趋势与叶绿素a相近,推测这种相关性这可能与逆境胁迫类型和植物种类有关。蒲公英在受到中度胁迫时PSⅡ受到影响,随着时间增加PSⅡ潜在活性中心受到破坏。重度胁迫下PSⅡ潜在活性中心在第6d时开始受到破坏,热耗散升高,光合机构损坏,使蒲公英叶片将所捕获的光能转化为化学能的能力渐弱。(5)对照组Pn维持稳定,SS与MS随着胁迫时间延长出现下降的趋势。并且SS下降趋势远大于MS,复水后出现了上升的情况,可见有着一定的补偿效应。气孔导度呈现不规律的变化,但是当Gs值处于低点时,蒸腾速率同样也是处于低点,可见两者之间具有一定复杂的关系。Tr蒸腾速率与胁迫时间呈现正相关关系,胁迫时间越长,蒸腾速率越低,植株利用降低蒸腾速率控制水分蒸发,减少根系压力。复水后MS与SS上升至CK水平,也证明了植株在胁迫过程中没有受到严重的破坏。(6)随着胁迫浓度增大,CCP与CSP增大,Amax减小,Rp减小,初始羧化效率降低,可见受到干旱胁迫后,蒲公英光和能力减弱,CCP的上升则体现干旱胁迫越严重,植株消耗越严重,与叶片干物质降低有着一致的表现。复水后SS、MS最大净光合速率没有上升,CCP与CSP也维持在同样的水平,复水后具有补偿效应。(7)受到胁迫后,PIP2-3相对表达量与对照组相比显著上升。但是MS组表达量显著高于SS组,可见在一定程度的干旱胁迫下,蒲公英PIP2-3有很好的表达,能够通过提高质膜水孔蛋白含量与活性,增加水分交换,减轻干旱对植株的影响,而受到严重干旱时,可能其活性受到抑制。复水后都恢复至CK水平,可见在复水后,干旱对蒲公英的影响得到了缓解,蒲公英质膜水孔蛋白活性降低。
【关键词】：蒲公英 干旱胁迫 生理响应 质膜水孔蛋白
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S647
【目录】：

• 缩略词4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 前言12
• 2 文献综述12-18
• 2.1 作物对干旱胁迫的响应12-15
• 2.1.1 生长形态特征的响应12-13
• 2.1.2 生理生化特征的响应13-14
• 2.1.2.1 溶质积累的响应13
• 2.1.2.2 保护酶系统的响应13-14
• 2.1.2.4 光合作用的响应14
• 2.1.3 水孔蛋白的响应14-15
• 2.2 干旱胁迫后复水效应的研究现状15-17
• 2.2.1 补偿效应产生的机制16-17
• 2.2.1.1 根系调节机制16
• 2.2.1.2 渗透调节机制16-17
• 2.2.1.3 光合调节机制17
• 2.3 作物补偿效应在农业生产中的应用17-18
• 2.4 选题意义18
• 3. 材料与方法18-24
• 3.1 试验材料18
• 3.1.1 供试植物18
• 3.1.2 供试基质18
• 3.2 试验设计18-19
• 3.2.1 干旱胁迫处理19
• 3.3 试验方法19-24
• 3.3.1 根冠比测定19
• 3.3.2 叶绿素荧光动力学参数测定19-20
• 3.3.3 光合响应相关指标的测定20
• 3.3.4 膜质渗透相关指标的测定20
• 3.3.5 活性氧清除系统相关酶的测定20-21
• 3.3.6 叶绿素含量的测定21
• 3.3.7 根系活力21
• 3.3.8 质膜水孔蛋白PIP2-321-24
• 3.3.8.1 蒲公英PIP2-3基因的克隆策略21
• 3.3.8.2 RNA的提取和第一链cDNA的合成21-22
• 3.3.8.3 PIP2-3基因的扩增22
• 3.3.8.4 PCR产物的纯化22
• 3.3.8.5 基因的克隆22-23
• 3.3.8.6 实时荧光定量PCR分析23-24
• 3.4 数据处理24
• 4. 结果与分析24-37
• 4.1 干旱胁迫下对蒲公英植株生长的影响24-26
• 4.1.1 根冠比的影响24-25
• 4.1.2 根系活力的影响25-26
• 4.2 干旱胁迫与复水对蒲公英溶质积累的影响26-28
• 4.2.1 可溶性糖含量的影响26
• 4.2.2 可溶性蛋白含量的影响26-27
• 4.2.3 脯氨酸含量的影响27
• 4.2.4 电导率的影响27-28
• 4.3 干旱胁迫与复水对蒲公英保护酶系统的响应28-29
• 4.3.1 SOD、POD、CAT活性的影响28-29
• 4.4 干旱胁迫与复水对蒲公英荧光参数的响应29-32
• 4.4.1 Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm的影响29-31
• 4.4.2 Y(Ⅱ)、NPQ的影响31
• 4.4.3 叶绿素的影响31-32
• 4.5 干旱胁迫与复水对蒲公英光合参数的响应32-35
• 4.5.1 光合速率与气体交换的响应32-34
• 4.5.2 CO_2响应曲线的影响34-35
• 4.6 干旱胁迫与复水对蒲公英质膜水孔蛋白PIP2-3的响应35-37
• 4.6.1 蒲公英PIP2-3基因中间片段的克隆35-36
• 4.6.2 蒲公英PIP2-3基因中间片段的序列测定与分析36-37
• 4.6.3 蒲公英PIP2-3基因的诱导表达37
• 5. 讨论37-41
• 5.1 蒲公英的耐旱生理机制37-41
• 5.1.1 干旱胁迫下蒲公英根系活力与生长的关系37-38
• 5.1.2 干旱胁迫下蒲公英抗氧化系统的变化38
• 5.1.3 渗透调节物质与蒲公英耐旱性的关系38-39
• 5.1.4 叶绿素荧光参数与蒲公英抗旱性的关系39-40
• 5.1.5 CO_2响应曲线与蒲公英抗旱性的关系40
• 5.1.6 PIP2-3表达量与蒲公英抗旱性的关系40-41
• 5.2 蒲公英的复水恢复能力评价41
• 6. 结论41-43
• 参考文献43-48
• 致谢48

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