特定乙酰度壳寡糖诱导小麦抗盐作用及其机理研究

发布时间：2018-05-02 13:24

本文选题：特定乙酰度 + 壳寡糖　；参考：《中国科学院研究生院(海洋研究所)》2015年博士论文

【摘要】：中国盐渍土面积广阔,类型繁多,据统计,我国现代盐渍土面积约为3693万公顷,残余盐渍土面积约为4487万公顷,潜在盐渍土面积约为1733万公顷,各类盐渍土面积总计约为1亿公顷,占全国可利用土地的13.3%,严重制约了我国农业的可持续发展。且我国人口众多,粮食短缺,提高盐渍土中种植作物的产量是合理开发利用盐渍土的研究重点和热点,对我国粮食安全以及社会、经济发展都具有重大的意义。目前提高盐渍土作物产量的方法包括选育耐盐作物品种、通过基因工程改造作物以及外源物质的应用,其中外源物质的使用无疑是提高盐渍土作物产量最为有效而简单的方式。壳聚糖及其衍生物能够诱导植物产生广谱抗性,提高植物抗病性,缓解高盐、低温和干旱等逆境胁迫对植物的伤害,因此壳聚糖及其衍生物作为一种外源物质在农业生长中具有十分广阔的应用前景。分子量和乙酰度(DA)是影响壳聚糖及其衍生物诱抗活性的重要因素,然而目前对壳聚糖及其衍生物诱抗活性的研究均未考虑这两者对其活性的影响,造成了研究结果的不一致,大大阻碍了壳聚糖及其衍生物在农业生产中的应用。基于此,本论文首先研究了不同分子量及不同乙酰度壳聚糖诱导小麦抗盐作用,确定了诱抗活性最强的壳聚糖的分子量及乙酰度;然后进一步探讨了其诱导小麦抗盐作用的机理。本论文主要取得了以下研究成果:1.壳聚糖分子量对其诱导小麦抗盐作用具有重要影响,随着壳聚糖分子量的降低,其诱导小麦抗盐活性增强,其中1300 Da壳寡糖诱导小麦抗盐活性最强。结果显示壳寡糖能够降低100 mmol/LNa Cl胁迫下小麦叶片丙二醛含量,减少细胞膜遭受的氧化损伤;提高小麦体内可溶性糖及可溶性蛋白含量,增强其在盐胁迫下的渗透调节能力;减缓盐胁迫下小麦叶片叶绿素的降解,保证光合作用的进行;提高小麦体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,清除小麦体内过量的活性氧,减少盐胁迫对细胞器及细胞膜的氧化损伤,从而提高小麦的抗盐性。2.在确定了诱导小麦抗盐作用最佳壳寡糖分子量之后,以此分子量为基础,制备了不同乙酰度壳寡糖,并研究了其诱导小麦抗盐作用。结果发现壳寡糖乙酰度对其诱抗活性具有重要影响,不同乙酰度壳寡糖诱导小麦抗盐活性表现为DA50%DA68%DA29%DA2%。实验结果表明,壳寡糖能降低小麦体内丙二醛含量,增加可溶性糖、可溶性蛋白以及脯氨酸等渗透调剂物质的含量,保护细胞膜结构并提高细胞渗透调节能力;增强小麦体内SOD、POD以及CAT活性,减少盐胁迫导致的氧化损伤对小麦幼苗的伤害。盐胁迫下,壳寡糖处理能增加小麦叶片叶绿素的含量;加大气孔导度(gs)来增加CO2摄取从而提高光合速率(Pn);并且能够提高小麦叶绿素荧光参数qP值,降低NPQ值来增加小麦吸收的光能用于电子传递的份额,减少热耗散,从而保证实际光化学效率。3.确定了诱导小麦抗盐作用最佳的壳寡糖分子量及乙酰度后,本文研究了特定分子量及特定乙酰度的壳寡糖(1300 Da,DA50%)诱导小麦抗盐作用的机理。结果发现:(1)1300 Da,DA50%壳寡糖通过调节小麦细胞内离子转运将过量Na+转运至细胞外或者液泡内,来维持植物细胞内较高的K+含量和较低的Na+/K+,从而保证光化学反应中心的电子传递,缓解气孔关闭,促进光合作用。(2)壳寡糖通过增强植物体内抗氧化酶活性及提高抗氧化剂含量,来清除植物体内过量活性氧,减轻其对植物膜系统包括叶绿体类囊体膜的氧化损伤,保证植物光合器的完整,从而促进光合作用,提高植物抗盐性。4.小麦盐胁迫相关抗性基因的表达结果表明,1300Da,DA50%壳寡糖处理能够诱导小麦SOS和NHX基因的高效表达,协调盐胁迫下小麦幼苗体内离子转运,减轻高浓度盐离子对植物的伤害;壳寡糖还能诱导小麦抗氧化酶基因SOD、POD、CAT、APX、DHAR和GR表达,各种抗氧化酶基因协调作用,增强植物清除活性氧的能力,减少盐胁迫对植物的氧化损伤,提高植物抗盐性。在本论文中,壳寡糖诱导小麦抗盐活性与其分子量和乙酰度密切相关,壳寡糖乙酰基可能在其与植物细胞膜的识别与结合过程中发挥重要作用。其中,分子量为1300 Da,DA50%壳寡糖具有最强的诱导小麦抗盐活性,本研究为新型抗盐制剂的研发奠定基础。
[Abstract]:The research results show that chitosan and its derivatives are the most effective and simple ways to improve the salt tolerance of wheat . The results showed that chitosan oligosaccharide could increase the content of MDA in wheat , increase the content of soluble sugar , soluble protein and proline , protect cell membrane structure and improve the osmotic adjustment ability of wheat . ( 2 ) The activity of antioxidant enzymes in plants is enhanced by increasing the antioxidant enzymes activity in plants and increasing the antioxidant content . The expression of resistance genes related to plant membrane systems including chloroplast thylakoid membrane can be reduced . The expression of antioxidant enzyme genes , POD , CAT , APX , DHAR and GR in wheat seedlings can be induced .

【学位授予单位】：中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1

【共引文献】