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《福建农林大学》 2009年
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干旱胁迫下圆叶决明(86134R1)生理代谢及蛋白质组学研究

赵雅静  
【摘要】: 全球气候的变化导致植物赖以生存的环境发生了巨大变化,其中干旱是植物所遭受的所有非生物胁迫中损害最严重的不利条件,是影响植物生长发育、基因表达、分布以及产量品质的重要因素之一,严重影响了世界农业的生产。圆叶决明(Chamaecrista rotundifolia)作为一种优良热带牧草,1987年由福建省农业科学院从澳大利亚引进,并在闽北红壤地区获得成功,成为当地一种重要的豆科牧草资源,鉴于近些年来南方红壤地区季节性干旱频发,对山地草业生产造成严重影响。为此,选育耐旱豆科牧草品种已显十分重要。福建省农科院农业生态研究所通过60Co-γ射线选育出了圆叶决明辐射新品系86134R1,与亲本CPI86134相比具有更强的适应性、抗性和丰产性,作为一种优质的丘陵山地红壤改良的绿肥和牧草品种很值得深入研究,以求为广泛推广提供科学依据。 本研究采用聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫和土壤干旱胁迫相结合的方法,系统地研究了干旱胁迫对圆叶决明种子萌发、植株生长、生物量、营养品质及蛋白质组学方面的影响,探讨干旱胁迫下圆叶决明生理代谢、饲用价值及差异蛋白质的变化规律,对圆叶决明86134R1的抗旱性能进行了考量与探讨。主要结果如下: (1)本研究采用PEG-6000溶液,模拟干旱条件,设立正常供水(对照)、5%、10%、15%、20%、25%(w/v,PEG-6000)6个不同的胁迫梯度分别对圆叶决明CPI86134与86134R1种子进行干旱胁迫处理,测定不同胁迫梯度下,种子发芽率、发芽势、相对发芽势、发芽指数、活力指数等指标,据此综合评定CPI86134与86134R1的抗旱性。研究结果表明:不同浓度的PEG-6000胁迫环境对圆叶决明种子萌发有显著影响,随着干旱胁迫程度加大,对种子萌发的抑制作用明显增强。CPI86134与86134R1种子萌发受干旱胁迫抑制的程度不同,86134R1所受抑制较小。与CPI86134品系相比,萌发初期86134R1的发芽率、相对发芽率、发芽势、相对发芽势、发芽指数等指标,都表现出较高的数值。 (2)随着干旱胁迫程度的加深,圆叶决明生物量逐渐降低,胁迫20d之后,经过胁迫处理的CPI86134生物量分别比对照下降了16.76%、37.63%和52.79%,86134R1分别下降了15.46%、31.31%和43.04%。对于牧草而言,粗蛋白质和粗纤维含量是作为评价牧草品质的2项重要指标,提高粗蛋白质含量,降低纤维素含量提高牧草营养价值的重要内容。本研究发现:圆叶决明的粗蛋白质含量随着胁迫程度加深而呈下降趋势,纤维素含量则升高,粗脂肪含量也随着土壤相对含水量的降低而呈下降趋势,水溶性维生素含量随干旱胁迫程度的增加而呈现出增长趋势,其中86134R1的粗蛋白、粗脂肪含量在不同水分处理期均高于CPI86134,纤维素含量则始终低于CPI86134。研究结果表明:无论是正常水份条件下还是干旱胁迫下,86134R1的品质均优于CPI86134,且受干旱条件的影响程度要低于CPI86134。 (3)圆叶决明受到干旱胁迫时会呈现出多种抗逆性反应,随着干旱胁迫程度的增加,2个圆叶决明品系的叶片相对含水量(RWC)下降,叶片保水力上升,游离脯氨酸(Pro)累积、可溶性蛋白质含量降低。干旱胁迫下活性氧离子产生速率增加,引发膜脂过氧化,丙二醛(MDA)的含量呈升高趋势;同时细胞保护酶系统SOD、POD、CAT活性升高,以清除自由基降低膜脂过氧化水平。但当胁迫时间延续到第15d时,细胞保护酶POD、CAT的活性开始降低,说明干旱胁迫的持续效应使活性氧清除酶活性降低或失活。就圆叶决明CPI86134和86134R1两个品系而言,2种圆叶决明在干旱胁迫过程中均表现出一定的耐旱性,相同胁迫水平和时间下,86134R1叶片相对含水量、叶片保水力、叶绿素、游离脯氨酸、可溶性蛋白质及POD、SOD、CAT活性均高于CPI86134。经过综合评定,判定圆叶决明86134R1的抗旱性较CPI86134更强。 (4)本研究通过对干旱胁迫下圆叶决明叶片差异蛋白质点鉴定结果的分析,可观察到差异表达显著的21个蛋白,对这些蛋白通过质谱和生物信息学分析均得到鉴定。通过鉴定这些蛋白,说明干旱逆境对植物机体遗传和代谢的影响是通过影响DNA、RNA的合成转录、结合DNA、转运ATP、参与能量转换来影响和调节植物的能量代谢;通过直接影响光合作用的碳同化速率,从而影响植物的光合碳代谢;通过影响与蛋白合成翻译及蛋白相互作用相关的酶活性调节植物正常的蛋白质合成;通过促进了植物氮素同化影响植物机体的氮代谢。另外,研究结果还表明干旱胁迫对植物色素、香味合成相关的酶、植物抗病、细胞动力、植物激素合成、电子传递和光合磷酸化以及清除自由基有影响,从蛋白点的变化来看,酶蛋白和结构蛋白是其影响的重点。通过对CPI86134和86134R1的比较可以看到,TOR激酶、抗病蛋白和反转录转座子蛋白(推测Ty3-舞子)只有在86134R1叶片上发现的蛋白酶。推测认为,在干旱逆境中,植物基本的代谢受到干扰,植物在维持体内平衡中,增强对逆境的抗性,诱导出一些新的酶或蛋白,而这些新诱导出的蛋白,可能是与增强植物抗旱性能有密切关系。
【学位授予单位】:福建农林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:S541.9

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