富平楸子根系质子泵对碱胁迫的响应机制研究

发布时间：2020-08-19 14:12

【摘要】：碱胁迫抑制植株的正常生长,导致农作物产量和质量大幅下降,是影响农业发展的主要胁迫之一。我国苹果优生区-黄土高原产区的土壤pH值多高于8.0,受土壤碱化影响较大。富平楸子(Malus prunifolia Brokh.)对碱胁迫的耐受力较强,抗病,抗旱,是一种优良的砧木资源。根系是感知环境pH值变化的第一个器官,质子泵具有多种生理功能,且响应多种非生物逆境胁迫。因此,研究富平楸子根系质子泵对碱胁迫的响应机制,探究富平楸子耐碱性强的原因,将为后续耐碱性研究和苹果耐碱性砧木资源的挖掘提供理论参考和技术依据。本研究以富平楸子组培苗为材料,采用水培的方法,测定了碱胁迫处理前后富平楸子幼苗叶片光合特性、根系电导率、鲜重、干重、根系活力、质子分泌、质子流速等各项生理指标的变化;对苹果属质子泵(质膜H~+-ATP酶)基因家族进行生物信息学分析;定量分析了碱胁迫处理不同时间下质子泵家族基因的表达量变化,以期从植物生理学和分子生物学两方面对富平楸子耐碱性机制进行初步探究。研究表明:1.碱胁迫处理第7 d时,富平楸子植株上部幼叶开始出现黄化症状,下部叶片颜色正常,而对照组植株幼叶为绿色;碱胁迫处理第13 d时,富平楸子叶片的叶绿素含量下调30%左右,净光合速率、气孔导度等光合特性显著低于对照组,地上部植株干、鲜重较对照组有所下降,但未达到显著性水平;根系电导率显著上升;根系活力下降了16%;干重较对照无显著性变化,鲜重显著下降;2.碱胁迫处理3 d内,富平楸子幼苗根系不同区域H~+流速为负值,此时H~+内流大于外排;处理3 d以后,富平楸子根系根尖、分生区、伸长区以及根毛区的H~+流速均为正值,说明此时H~+外排大于内流;处理第7 d时,H~+流速达到外排最大值,7 d后趋于稳定外排。质子分泌试验表明:处理13 d后,根系周围培养基颜色变黄,质子向外分泌,加入质子泵抑制剂-钒酸钠后,碱处理组根系周围颜色无明显变化,质子外排不明显,而对照组幼苗根系周围培养基颜色在加入钒酸钠前后无明显变化。说明富平楸子根系质子泵通过促进H~+外排响应碱胁迫。3.对GDR数据库中苹果属质膜H~+-ATP酶家族基因序列进行筛选、比对和分析的结果表明:苹果属中质膜H~+-ATP酶家族分为5个亚家族,共13个成员(MdAHA1-MdAHA 13),分布于10条染色体上;对富平楸子幼苗各组织器官的qRT-PCR试验结果表明:13个质膜H~+-ATP酶基因在富平楸子的茎、芽、幼叶和成熟叶片中的表达具有特异性,其中MdAHA11在根中表达量较高,MdAHA10在茎中表达量较高,MdAHA5在茎和叶中表达量较高,MdAHA1、MdAHA2、MdAHA3、MdAHA7和MdAHA12在所有组织中表达量很低,几乎检测不到;与对照组相比,MdAHA4、MdAHA5、MdAHA6、MdAHA8、MdAHA9、MdAHA10、MdAHA11和MdAHA13表达量的变化均在1.5倍范围内。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S661.1

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本文编号：2797182