植物呼吸对干旱胁迫的响应及外源物质的调节
【摘要】：为了探索干旱胁迫下植物呼吸作用的响应以及外源琥珀酸和丙酮酸对呼吸的调控作用。本论文以欧李(Cerasus humili)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)为材料,研究了干旱胁迫下植物体呼吸参数、泛醌库的还原态比例、呼吸链复合体活性等生理指标的变化以及外源琥珀酸和丙酮酸的调控作用。
干旱胁迫导致叶片相对含水量(Relative Water Content of Leaves, LRWC)迅速下降,且在处理0天-7天的下降速度快于处理7天-14天的下降速度。干旱情况下施加外源琥珀酸和丙酮酸与单纯干旱相比,叶片相对含水量没有明显差异,各处理的叶片含水量在复水后可恢复到对照水平。
在干旱情况下,抗水杨基羟肟酸(Salicyldydraxamic acid, SHAM)呼吸即细胞色素(Cytochrome, Cyt)途径呼吸与对照植株相比明显下降,总呼吸和抗氰呼吸即SHAM敏感、交替(Alternative, Alt)途径呼吸均有所增加。外源丙酮酸和琥珀酸能够显著刺激呼吸作用并能增加交替途径呼吸在总呼吸中的比重,在干旱处理7天和14天时,二者对呼吸的刺激作用分别达到最大水平。
干旱导致泛醌库(Ubiquinone pool, UQ)总含量的增加,然而氧化态的增幅大于还原态的增幅,而致使干旱胁迫下泛醌库还原态比例下降。在处理7天时,外源丙酮酸刺激叶片中泛醌库总含量及还原态含量增加,还原态比例也显著增加,然而到处理14天时,各态含量明显下降。外源琥珀酸在处理14天时,致使泛醌库还原态有所增加。
在处理0天时,不同处理与对照之间各复合体活性差异不明显。干旱处理导致处理7天时复合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ的活性明显下降,而在处理14天时,各复合体活性有所回复。在处理7天时,外源琥珀酸刺激复合体Ⅰ活性大幅增加,而到处理14天时,复合体Ⅰ活性低于其它各处理。外源丙酮酸在处理7天时刺激复合体Ⅱ活性明显增加,而在处理14天时,刺激复合体Ⅰ活性明显增加。
干旱处理导致在处理7天时戊糖磷酸途径(HMP)与对照相比有小幅下降,而在处理14天时仍低于对照水平。外源琥珀酸和丙酮酸在处理7天时导致糖酵解途径(EMP)比例上升,施加外源琥珀酸导致糖酵解途径比例超过三羧酸循环所占比例。在处理14天时,外源琥珀酸和丙酮酸导致HMP比例明显增加且高于对照水平。
在正常和干旱情况下生长的植物体的呼吸速率皆随着测量温度的升高而呈现上升的趋势。测量温度较高时,对照组的呼吸速率比干旱条件下呼吸速率低。干旱下Cyt呼吸和Alt呼吸的呼吸温度系数上升,这表明干旱使植物体呼吸对温度变化更加敏感。
在干旱胁迫下,拟南芥叶片中交替途径呼吸比例上升,成为占主导地位的呼吸作用。还原态泛醌的比例下降,各复合体活性也因干旱胁迫而下降。
【关键词】：呼吸作用 干旱胁迫 泛醌库 复合体 【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：Q945.78
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-15
- 1.1 干旱胁迫与植物生长9-11
- 1.1.1 干旱胁迫对植物体生长的影响9-10
- 1.1.2 植物体的抗旱机制10-11
- 1.2 呼吸作用11-14
- 1.2.1 呼吸作用和电子传递链的组成11-12
- 1.2.2 干旱胁迫对呼吸作用影响的研究进展12
- 1.2.3 干旱胁迫下抗氰途径和活性氧的清除12-13
- 1.2.4 线粒体概况及其功能13-14
- 1.3 本研究的目的和意义14-15
- 2 欧李呼吸温度系数对干旱胁迫的响应15-19
- 2.1 材料与方法15
- 2.1.1 植物材料15
- 2.1.2 呼吸温度系数测定15
- 2.2 结果与分析15-17
- 2.2.1 欧李叶片呼吸速率对温度的响应15-17
- 2.3 讨论17-18
- 2.4 本章小结18-19
- 3 外源琥珀酸和丙酮酸对欧李呼吸的调控作用19-31
- 3.1 材料与方法19-22
- 3.1.1 植物材料19
- 3.1.2 土壤相对含水量测定19
- 3.1.3 叶片相对含水量测定19-20
- 3.1.4 呼吸速率的测定20
- 3.1.5 泛醌库氧化还原态的测定20
- 3.1.6 线粒体提取20
- 3.1.7 复合体活力测定20-21
- 3.1.8 糖酵解途径、三羧酸循环、戊糖磷酸途径变化情况21-22
- 3.2 结果与分析22-28
- 3.2.1 干旱胁迫及外源丙酮酸和琥珀酸对土壤和欧李叶片相对含水量的影响22
- 3.2.2 干旱胁迫及外源丙酮酸和琥珀酸对欧李叶片呼吸速率的影响22-24
- 3.2.3 干旱胁迫及外源丙酮酸和琥珀酸对欧李泛醌库氧化还原状态的影响24-25
- 3.2.4 干旱胁迫及外源丙酮酸和琥珀酸对欧李复合体活性的影响25-27
- 3.2.5 干旱胁迫及外源丙酮酸和琥珀酸对欧李叶片呼吸途径的影响27-28
- 3.3 讨论28-29
- 3.4 本章小结29-31
- 4 拟南芥呼吸对干旱胁迫的响应31-37
- 4.1 材料与方法31-33
- 4.1.1 植物材料31
- 4.1.2 呼吸速率的测定31-32
- 4.1.3 泛醌库氧化还原态的测定32
- 4.1.4 线粒体提取32
- 4.1.5 复合体活力测定32-33
- 4.2 结果与分析33-35
- 4.2.1 干旱胁迫对拟南芥叶片呼吸速率的影响33-34
- 4.2.2 干旱胁迫对拟南芥叶片泛醌库氧化还原状态的影响34
- 4.2.3 干旱胁迫对拟南芥叶片复合体活性的影响34-35
- 4.3 讨论35-36
- 4.4 本章小结36-37
- 结论37-38
- 参考文献38-44
- 攻读学位期间发表的学术论文44-45
- 致谢45-46
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