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《北京林业大学》 2007年
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合作杨苗木诱导抗性产生的生理生化基础研究

胡增辉  
【摘要】: 植物受到昆虫取食后,能够通过体内信号的传递,主动的产生直接和间接的防御反应。本论文以合作杨(Populus simonii×Populus pyramidalis'Opera 8277')为实验材料,采用机械损伤、杨扇舟蛾幼虫(Clostera anachoreta)取食、挥发物熏蒸等处理方式,利用热脱附-气相色谱/质谱联用技术(TCT-GC/MS)、高效液相色谱(HPLC)、基因芯片等技术手段,及过氧化氢原位定位和酶活测定等生化方法,分析了昆虫取食前后合作杨防御相关基因的差异表达,研究了虫咬诱导的氧化进发,过氧化氢、茉莉酸和脱落酸在信号传递中的作用和关系,检测了损伤诱导的醛类挥发物的释放,并且对合作杨植株间有效的挥发物信号分子以及这些信号的作用方式进行了探索。同时为了继续探索在合作杨中发现的非损伤状况下短链醛类合成与光合作用的关系,我们又以复叶槭(Acer negundo Linn.)为材料,检测了非损伤条件下C5-C10醛类的释放情况。得到如下主要结论: 1.杨扇舟蛾取食诱导了合作杨叶片中大量防御相关基因的差异表达。其中的钙信号和活性氧迸发相关的基因:钙调素蛋白、NADPH氧化酶、抗坏血酸过氧化物酶,与茉莉酸和脱落酸相关基因:脂氧合酶、氢过氧化物裂解酶、脱落酸响应蛋白,及与防御蛋白相关基因:病程相关蛋白、几丁质酶、多酚氧化酶、过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶等均被明显诱导上调。 2.杨扇舟蛾取食诱导了合作杨叶片中一系列氧化反应产生。虫咬引起H202在伤口及叶脉部位发生了大量积累,参与氧化反应的防御性酶类POD、PPO的活性也出现了显著增加。氧化酶活性和H202的共同增加,是合作杨抵御昆虫取食的重要防御措施。相应的,参与清除活性氧的APX、CAT活性也明显升高,与活性氧保持动态平衡,既充分诱导防御机制,同时又降低H202对自身产生毒害。 3.虫咬后的合作杨系统叶中的防御性酶类POD、PPO活性,及参与清除活性氧的APX、CAT活性也明显升高,说明合作杨系统叶片中也被诱导发生了氧化反应,表明了植物系统抗性的产生。 4.钙信号在许多信号传递初期起着关键作用。提前对合作杨施加钙离子的螯合剂--EGTA及钙通道的抑制剂--LaCl3,抑制了虫咬诱导的APX、CAT、POD、PPO的活性增加,表明钙信号可能处于杨扇舟蛾取食所引起的氧化反应的上游。并且从抑制效果来看,LaCl3较EGTA更为显著。 5.H202、JA和ABA都是植物体内传递伤信号的分子。杨扇舟蛾取食和MeJA熏蒸诱导了合作杨叶片中三种信号物质的含量的增加,表明这三种物质参与了虫咬诱导的防御反应。而且202的合成要快于JA和ABA,因此H2O2可能位于虫咬诱导JA和ABA合成的上游。合作杨虫咬叶上部叶片中三种信号物质也出现了明显增加,表明虫咬诱导合作杨产生了系统抗性。推测在受到虫咬及挥发物熏蒸诱导后,合作杨叶片中的H2O2最先合成,激活了JA、ABA信号,诱导下游防御反应,并且激活了NADPH氧化酶又促进了H2O2的合成,同时H2O2和JA作为系统性信号运输到未损伤叶片,激发了植物的系统诱导性抗性。 6.醛类物质是植物释放的挥发物的重要组成成分。合作杨受到损伤后,乙醛、丁醛、戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、十二醛、十四醛等十一种直链饱和醛,(Z)-3-己烯醛、(E)-2-己烯醛、(E)-2-壬烯醛等三种不饱和直链醛,及苯甲醛、糠醛两种非直链醛,其释放速率随时间呈现出相似的规律性:损伤后2h出现急剧增加,而后降低,在12h左右又出现了显著增加。因此推测植物在受到损伤后存在两种醛类合成和释放的机制:第一个释放高峰是由于储存在植物储藏器官中的醛类,在植物叶片受到损伤后释放出来而引起的:另一个释放高峰来自于损伤引起的醛类合成途径的激发。 7.健康的复叶槭中戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛的释放速率与光强和氧气浓度呈正相关,与二氧化碳浓度的呈负相关性。经过对复叶槭叶片在不同光强和氧气浓度下的过氧化氢和超氧阴离子的原位定位,结果表明这些醛类的合成与光合作用过程中产生的活性氧密切相关,活性氧引起叶绿体膜脂的过氧化,一方面可能直接产生醛类,另一方面为脂氧合酶/氢过氧化物裂解酶途径提供底物,合成短链醛。 8.植物间存在着由挥发物介导的信号传递。在合作杨损伤诱导的挥发物中检测到茉莉酸甲酯、水杨酸甲酯、及苯骈噻唑的释放速率的增大。利用这三种外源化合物熏蒸合作杨,诱导了酚类物质含量的变化。因此可以推测茉莉酸甲酯、水杨酸甲酯、及苯骈噻唑均可作为合作杨植株间传递伤信息的信号分子。 9.经过EGTA、LaCl3处理的合作杨虫咬叶释放的挥发物,诱导的健康叶片中POD、PPO、PAL的活性,要低于未经抑制剂处理的虫咬叶,因此植物体内的钙信号介导了损伤诱导的挥发性信号分子的释放。而对于接收气体信号的植株,钙信号又参与了气体信号所激发的防御反应。 10.植物间信号传递是通过多种挥发物组成的“复合信号”来实现的。经过MeJA与MeSA、MeJA与trans-hexenal、MeJA与cis-hexenal及MeJA与benzothiazole,四种混合挥发物熏蒸后,合作杨叶片中POD、PPO和PAL活性都有了明显的升高,并且混合挥发物的诱导效果要高于单独一种挥发物的效果,但不仅仅是单个的信号分子诱导效果的加和。从诱导酶活增加的效果来看,在这四种混合挥发物中,MeJA与cis-hexenal的混合物的诱导能力最高。 本研究以受到杨扇舟蛾取食的合作杨苗木为研究对象,从虫咬诱导的杨树全基因组差异表达入手,从分子生理学的角度,较系统研究了与杨扇舟蛾取食诱导表达 基因相关的生理生化过程,初步揭示了杨扇舟蛾取食引起合作杨诱导抗性产生的生 理生化机理。首次在损伤诱导的合作杨挥发物中检测到了信号物质MeJA的存在, 并且首次对植物间挥发物组成的“复合信号”的作用方式进行了探索。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q945

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2 苏美娜;水稻NPR1基因的表达特征及基因(NPR1,AOS)的遗传转化[D];浙江大学;2008年
3 栾洁;细菌内毒素耐受小鼠的细胞凋亡及信号转导相关分子研究[D];第二军医大学;2006年
4 张光波;人共信号分子B7-H3在炎症反应及肺癌肿瘤免疫逃逸中的作用机制研究[D];苏州大学;2012年
5 陈泽良;鼠疫耶尔森氏菌密度感应系统与毒力关系研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2005年
6 汪霞;虫害诱导的水稻胰蛋白酶抑制剂合成的相关机理研究[D];浙江大学;2009年
7 吴衡;阳性表达E-钙粘蛋白对整合蛋白α5β1及其下游信号分子的影响[D];复旦大学;2003年
8 史彬林;壳聚糖对肉仔鸡生长性能和免疫功能的影响及其机理的研究[D];中国农业大学;2005年
9 朱旭冬;A类清道夫受体内吞路径的研究[D];南京医科大学;2011年
10 王晓敏;小麦与条锈菌互作过程中活性氧和防御基因的防御反应及抗病相关基因的鉴定与功能验证[D];西北农林科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈扬;大蒜提取物竞争性阻断QS信号系统并降低铜绿假单胞菌毒力因子表达[D];华中科技大学;2009年
2 陈扬;大蒜提取物竞争性阻断QS信号系统并降低铜绿假单胞菌毒力因子表达[D];华中科技大学;2009年
3 吕延华;不同害虫胁迫下水稻防御化合物比较及相关基因OPR1、PLD3反义抑制水稻品系的建立[D];浙江大学;2007年
4 王健;心叶烟交替氧化酶基因(NgAOX1α)的分离及其表达特性分析[D];山东农业大学;2009年
5 李婧;群体感应信号分子降解酶AiiA的分子进化研究[D];华东理工大学;2010年
6 李轩;牙鲆肠弧菌密度感应系统的研究及其信号分子降解菌株的筛选[D];中国海洋大学;2010年
7 严琦;类风湿性关节炎患者血清可溶性协同信号分子sPD-1、sPD-L1的浓度测定及意义[D];苏州大学;2011年
8 邓会玲;亮氨酸和甘亮肽对肉鸡骨骼肌TOR信号途径关键信号分子表达的调节[D];中国农业科学院;2012年
9 卢洁;小分子肽拮抗剂治疗球囊内皮剥脱术后血管狭窄的实验研究[D];河北医科大学;2005年
10 刘翾;信号分子Mint2与神经生长因子受体TrkA在体结合与功能研究[D];第二军医大学;2005年
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