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《上海交通大学》 2007年
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典型荒漠苔藓人工繁殖特征与抗御干热环境胁迫的生理生化机制研究

许书军  
【摘要】: 本文通过调查荒漠苔藓刺叶墙藓组织培养影响因素,探讨了荒漠苔藓及其生物结皮室内快速繁殖可能性,为大规模培养荒漠苔藓以及生物结皮提供基础研究数据;通过调查含水量、叶绿素荧光、电导率、色素含量、超微结构以及再生潜力等传统指标,评价刺叶墙藓对不同脱水速度、不同温度在形态学、生理学以及繁殖生物学等方面的响应,对荒漠地区苔藓生物结皮合理保护与修复具有指导意义;将扫描电镜(SEM)、显微红外(Micro-FTIR)及单次反射(ATR)技术、顺磁共振自选标记(EPR Spin Label)、气质连用(GC/MS)、液质连用(LC/MS)、离子色谱(IC)热动力测定工具(TGA和DSC)、飞行时间质谱(MALDI-TOF)等新技术运用在苔藓耐性研究方面,摸索了刺叶墙藓在表层结构与蜡质化学、细胞内化学成分与凝胶态-液晶态-玻璃态相互转变、细胞膜透性与细胞质分子流动性以及细胞膜界面结构等对不同脱水速度和温度响应,是苔藓生物学研究上新突破,更为研究相对低等且形态较小生物体开辟了一条新途径。同时,运用双向电泳技术,比较了脱水-复水过程中刺叶墙藓蛋白质表达差异,筛选与刺叶墙藓耐干相关功能蛋白,为荒漠苔藓耐干热基因分离及其功能基因在农作物改良中应用奠定基础。 首先按照组织培养方法调查了几种常见影响因素如消毒方法、培养基、激素、培养温度、外植体、湿度及光照强度与时间等对刺叶墙藓再生的影响。最终确定刺叶墙藓快繁路线为:外植体离体叶片→温度25/15℃→营养源Knop→RH 65-80%→光周期16H→光照强度85-120 PPFD→培养周期2个月,材料无需经过消毒处理;在掌握刺叶墙藓生长影响因素后,尝试构建苔藓结皮:用离体绿叶在20/10℃诱导原丝体,继而转入河砂中,得到原始苔藓结皮,表明苔藓结皮存在人工培育可能。 为了了解荒漠苔藓对沙漠常见水分和温度胁迫的抗性机制,研究了脱水和高温及联合处理下,刺叶墙藓在形态结构、生理和繁殖特征等方面的响应。形态上刺叶墙藓具有明显的生态优势:①双层细胞壁和脂肪粒含量丰富,其中老化组织比新生组织更具有耐性优势;②快速脱水处理后不同发育阶段的叶片细胞叶绿体变圆,没有出现细胞壁和细胞膜破损;③45℃热处理仅引起叶绿体结构疏松;④45℃干热处理引起叶绿体产生大量气泡且结构扭曲,部分细胞膜破损,表明45℃下脱水和温度对细胞膜存在协同效应;⑤快速脱水、45℃热处理、45℃干热处理后的叶片细胞复水后叶绿体能够恢复正常形态。生理上刺叶墙藓具有明显的抗干热响应:①几种胁迫都引起细胞溶质大量渗漏;②色素和可溶性糖含量仅对热和干热两种处理响应剧烈;③几种胁迫叶绿素荧光活性均降低,但脱水和干热处理后叶片光系统能够快速恢复至正常水平,高温处理(≥50℃)荧光活性丧失,表明极端高温对光系统有致命影响;④高温降低刺叶墙藓再生能力,但干热联合胁迫(60℃)没有对再生能力产生显著影响;⑤脱水和高温联合处理对生理影响存在两种生态效应,即温度≤45℃二者存在协同作用,温度45℃脱水对高温效应存在拮抗作用。 为了进一步阐明刺叶墙藓耐干和耐热根本原因,从结构功能和结构化学方面对其进行了探讨。刺叶墙藓外被蜡纸层,有细胞壁瘤状凸起密布在表面,可以减少水分丧失和阻碍热空气影响,而且蜡质含量高达2.64mg g-1干重,90%以上为长链脂肪酸和烷烃,表明其细胞最外层具有明显生态优势。运用显微红外特征吸收峰揭示了刺叶墙藓化学成分变化与耐热机理存在相关关系。幼嫩组织增加亲水区脂肪和蛋白质含量、提高α-螺旋结构含量,使得细胞结构能够高温下稳定;老化组织通过提高碳氢化合物和疏水区内脂肪含量、稳定蛋白质结构等来维持细胞结构稳定,类似于糖类和蛋白质在脱水过程保护作用。运用顺磁共振自选标记方法研究了细胞膜、细胞质在脱水和干热过程中结构维持特性,刺叶墙藓细胞质稳定主要依靠高含量糖类和生物大分子,在脱水短期内实现玻璃化转变,钝化生理代谢和分子反应活性;依靠具有抗氧化功能两性分子参与膜内,减少或者消除氧自由基对细胞膜损伤,从而保证将脱水时细胞结构损伤降低在可修复范围。 以上结果表明,刺叶墙藓耐干热除了形态学优势以外,细胞质玻璃化转变在脱水过程对细胞结构具有重要作用。那么再复水过程必然引起大规模细胞溶质渗漏,因此复水后启动损伤修复机制对于刺叶墙藓非常重要。先前研究过程已经证明复水后大量蛋白表达对于修复脱水以及复水造成细胞损伤至关重要。运用双向电泳技术,初步探讨了刺叶墙藓蛋白组学响应,结果发现再复水后新表达或者表达量增加蛋白有脱水素(13.1kDa)、复水蛋白(67.5 kDa)、热激蛋白(71.4 kDa和71.2 kDa)以及小分子热激蛋白(36.7 kDa),其中脱水素和复水蛋白已经在其它生物中证明与耐干性有关,热激蛋白已经证明与耐热和耐干有关,因此这些蛋白可能与刺叶墙藓修复机制相关。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q945

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张元明,曹同,潘伯荣;新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤结皮中苔藓植物的研究[J];西北植物学报;2002年01期
2 黄清泉,孙歆,张年辉,冯鸿,袁澍,代其林,梁厚果,杜林方,林宏辉;水杨酸对水分胁迫黄瓜幼苗叶片生理过程的影响[J];西北植物学报;2004年12期
3 聂华丽;吴楠;梁少民;王红玲;张元明;;不同沙埋深度对刺叶墙藓植株碎片生长的影响[J];干旱区研究;2006年01期
4 卞为东,孙素琴,黄岳顺,周群,胡鑫尧;FTIR光谱法研究天花粉蛋白的热去折叠过程[J];光谱学与光谱分析;2000年04期
5 东野广智,孟庆勇,张培华,汤少明,周群,孙素琴,胡鑫尧;增生性疤痕组织与正常上皮组织FTIR光谱研究[J];光谱学与光谱分析;2003年02期
6 凌晓锋,徐智,徐怡庄,李庆波,周苏,张莉,赵红梅,侯纯升,王立新,侯宽永,周孝思,吴瑾光;傅里叶变换红外光谱应用于乳腺癌临床诊断的探索[J];光谱学与光谱分析;2005年02期
7 李艳梅,赵玉芬,郁鉴源,周群,胡鑫尧;环磷腺苷对人血红细胞膜蛋白二级结构影响的FTIR光谱研究[J];光谱学与光谱分析;1997年06期
8 刘应迪,曹同,向芬,彭春晖;高温胁迫下两种藓类植物过氧化物酶活性的变化[J];广西植物;2001年03期
9 张显强,罗在柒,唐金刚,卢文芸,乙引;高温和干旱胁迫对鳞叶藓游离脯氨酸和可溶性糖含量的影响[J];广西植物;2004年06期
10 徐平,凌建群,李德葆,Paul.M.Hasegawa,RayA.Bressan;一种新的与渗调蛋白基因启动子结合的蛋白基因的分离[J];中国科学C辑:生命科学;1999年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 鲁红侠,耿明;低分子有机酸对土壤氟吸附的影响[J];安徽教育学院学报;2005年03期
2 刘鹏,李勃,刘庆忠,赵红军,孟庆伟;冷锻炼诱导甜椒抗冷力的生化机理研究[J];山东农业科学;2003年03期
3 孟庆华;李根英;王吉光;王刚;张延亮;;山东褐土高产农田的供磷特性[J];山东农业科学;2005年06期
4 葛晓轩;孟庆华;李根英;;泰安、威海棕壤高产农田的供磷特性[J];山东农业科学;2006年05期
5 叶帅;朱正歌;缪军;;植物GTP结合蛋白的研究进展[J];山东农业科学;2008年05期
6 王健;刘波;陈文;孟庆华;刘继永;;山东主要土类的解磷细菌及其与供磷特性的相关分析[J];山东农业科学;2008年05期
7 高树涛;黄玲;赵凯;刘树堂;李文香;周晓琳;;磷肥不同用量对辣椒品质的影响[J];山东农业科学;2009年01期
8 张晗;高永超;沙伟;郑琦;李汝玉;姚凤霞;许金芳;王东健;;低温胁迫下紫萼藓科植物保护酶活性的变化[J];山东农业科学;2009年02期
9 刘继永;陈文;刘波;王健;孟庆华;;山东潮土高产农田的供磷特性[J];山东农业科学;2009年02期
10 刘晗;;节水灌溉对水稻根系干物质量和含氮量的影响[J];山东农业科学;2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐红霞;陈俊伟;;枇杷果实DHN基因克隆及其在低温胁迫下的表达分析[A];第五届全国枇杷学术研讨会论文(摘要)集[C];2011年
2 吴洁;张友法;余新泉;;金属仿生超疏水表面的制备及应用[A];纪念《金属制品》创刊40周年暨2012年金属制品行业技术信息交流会论文集[C];2012年
3 庄伟;蔡再生;徐壁;徐丽慧;;硅水溶胶法棉织物无氟超疏水整理研究[A];“亚伯”杯2011年第五届全国纺织印染助剂学术交流会论文集[C];2011年
4 康瑛珂;王金燕;杨广彬;张平余;;多孔状聚氯乙烯薄膜的制备及润湿性能研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
5 王承亮;冯文英;曹瀛戈;苏振华;徐明;张升友;张羽;;蒸煮过程氮、磷污染物的迁移及对废水排放的影响[A];中国造纸学会第十五届学术年会论文集[C];2012年
6 ;MODELING MECHANICAL PROPERTIES OF BIOLOGICAL NANOMATERIALS[A];祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会——应用力学进展论文集[C];2004年
7 郑泉水;于洋;赵治华;;水压对微结构超疏水表面润湿模型稳定性及模型转换的影响[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
8 赵晓娣;顾振亚;;防污自洁PVC建筑膜材的设计思路[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
9 王娇娜;赵亚洲;李从举;;“仿生”水稻叶子的表面结构初探[A];铜牛杯第九届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2009年
10 谭新;方热军;;猪场周围环境氮、磷、铜的分布及其安全性评价[A];全国畜禽和水产养殖污染监测与控制治理技术交流研讨会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 曾卫军;拟南芥(Arabidopsis thaliana)受胁迫因子诱导激活启动子的筛选及其应用研究[D];华东师范大学;2011年
2 张云;基于功能化纳米颗粒和仿生材料的生化分析新方法[D];湖南大学;2010年
3 闻真珍;硫矿硫化叶菌小热激蛋白SsHSP14.1的功能特性研究[D];华南理工大学;2010年
4 陆军;喷雾药液在靶标植株上的沉积与润湿研究[D];江苏大学;2010年
5 田晔林;北京百花山自然保护区苔藓植物多样性研究[D];北京林业大学;2011年
6 包梅荣;油茶种子成熟调控蛋白基因的分离克隆及功能研究[D];中南林业科技大学;2010年
7 何小勇;翅荚木种源遗传多样性及其抗低温胁迫能力研究[D];中南林业科技大学;2007年
8 孙巍;基于水滴模板法构建微纳复合功能界面的研究[D];浙江大学;2010年
9 佘雕;黄土高原水土保持型灌木林地土壤质量特征及评价[D];西北农林科技大学;2010年
10 黄志;丛枝菌根真菌对甜瓜抗旱性的生理效应及分子机制的研究[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 舒丽娜;锌胁迫下CO_2浓度升高对三种不同光合途径植物生长发育和锌积累的影响[D];华中农业大学;2010年
2 王志勇;空心莲子草入侵对土壤微生物群落结构和土壤酶活的影响[D];华中农业大学;2010年
3 柴凌燕;植物角质膜蜡质转录因子基因SHN1/WIN1的表达载体构建[D];郑州大学;2010年
4 于丽萍;玉米种子胚特异性启动子emb5的功能分析[D];山东农业大学;2010年
5 曹玉翠;木瓜扦插繁殖技术及生根机理研究[D];山东农业大学;2010年
6 李雪飞;控释肥对紫叶稠李叶片营养、色素及光谱反射的影响[D];山东农业大学;2010年
7 刘忠国;高温胁迫对黄瓜幼苗耐热性的研究[D];山东农业大学;2010年
8 许鑫科;两种彩叶植物叶色表达相关机理研究[D];山东农业大学;2010年
9 窦庆乐;铝基超疏水表面制备方法研究[D];大连理工大学;2010年
10 史立涛;超疏水表面制备及微液滴电操控研究[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨新科,陈章良,段淑敏,李玉英,吴淑华,侯云德;天花粉蛋白在组织培养上抗病毒作用的研究[J];病毒学报;1990年03期
2 张元明,陈晋,王雪芹,潘惠霞,辜智慧,潘伯荣;古尔班通古特沙漠生物结皮的分布特征[J];地理学报;2005年01期
3 陈阳,曾福礼;黄瓜叶片光合电子传递对水分胁迫的响应[J];西北植物学报;2001年03期
4 张元明,曹同,潘伯荣;新疆古尔班通古特沙漠南缘土壤结皮中苔藓植物的研究[J];西北植物学报;2002年01期
5 苏珮,山仑;水分胁迫条件下高粱种子的吸水机制及其可溶性糖代谢的变化[J];西北植物学报;1996年03期
6 张元明,曹同,潘伯荣;新疆苔藓植物的研究现状与展望[J];干旱区研究;2001年02期
7 宋阳,严平,张宏,孟祥亮;荒漠生物结皮研究中的几个问题[J];干旱区研究;2004年04期
8 魏江春;沙漠生物地毯工程——干旱沙漠治理的新途径[J];干旱区研究;2005年03期
9 霍红,王幸福,车迅,黄威东;乳腺癌组织中蛋白质与核酸分子氢键特征的研究[J];光谱学与光谱分析;2001年05期
10 王健生,徐怡庄,石景森,张莉,段小艺,杨丽敏,苏允兰,翁诗甫,徐端夫,吴瑾光;傅里叶变换红外光谱用于食管癌及癌旁正常组织结构的相关研究[J];光谱学与光谱分析;2003年05期
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