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《西南科技大学》 2015年
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杨树对硼胁迫的生理及分子响应机制研究

吴秀丽  
【摘要】:本研究以俄罗斯杨(Populus russkii)、胡杨(Populus euphratica)、新疆杨(Populus bolleca)3种杨树为材料,用土壤盆栽进行培养。通过硼浓度梯度实验比较了3个杨树种的耐高硼能力。以俄罗斯杨和新疆杨为材料,研究了硼在杨树中的积累与分布情况,以及硼胁迫对杨树生理指标的影响;从俄罗斯杨和胡杨中克隆了表达量较高的BOR7基因及其启动子,为进一步揭示硼胁迫对植物生长发育的影响及应用植物修复技术治理土壤硼污染提供了一定的理论依据。本实验主要研究结果如下:(1)不同杨树种对硼的富集能力不同,不同部位对硼的富集能力也不同。各杨树种耐高硼能力由强到弱排序为:胡杨新疆杨俄罗斯杨;杨树不同部位对硼的富集能力由强到弱排序为:叶根茎;叶片亚细胞硼含量由大到小排序为:细胞可溶部分细胞壁细胞器。(2)硼胁迫抑制了杨树的生长,表现为叶片褪绿和坏死脱落、株高降低、根长和根数目减少、生物量降低、叶绿素含量下降、叶片光合效率受抑制、可溶性糖在叶片中持续积累。俄罗斯杨和新疆杨高硼EC10分别为19和35mg·kg-1,说明高硼胁迫对俄罗斯杨的抑制作用更强。丙二醛含量、脯氨酸含量与硼浓度呈正相关,且在相同硼浓度下俄罗斯杨叶片丙二醛含量、脯氨酸含量都较新疆杨高;抗坏血酸含量与硼浓度呈负相关,俄罗斯杨的下降趋势更显著;抗氧化酶活性的变化趋势都基本呈现低浓度促进,高浓度抑制的现象。表明高浓度硼胁迫导致杨树叶片膜脂过氧化程度加重,抗氧化防御系统遭到破坏。研究明确了富集硼的俄罗斯杨和新疆杨对高硼胁迫的生理响应及其种间差异。(3)根据NCBI检索发现杨树硼转运蛋白BOR家族共有10个成员,根据杨树和拟南芥BOR蛋白序列的亲缘关系分析,将杨树BOR1-5划分为BOR1-Like类(在低硼条件下促进硼的吸收),BOR6-10划分为BOR4-Like类(在高硼条件下促进硼的外排)。实时荧光定量PCR显示,BOR3、BOR4、BOR6、BOR8、BOR10在新疆杨中的表达量较高,在俄罗斯杨中表达量较低。BOR7在两种杨树的表达量都较其他9个基因高。(4)通过同源克隆的方法获得胡杨(耐高硼能力最强)和俄罗斯杨(耐高硼能力最弱)两个杨树种的BOR7基因c DNA序列全长及其启动子,分别构建好植物表达载体35S::Pe BOR7、35S::Pr BOR7、Pe BOR7-pro::GUS、Pr BOR7-pro::GUS和酵母表达载体p YES2.0-Pe BOR7、p YES2.0-Pr BOR7。并转化酵母和俄罗斯杨。转基因酵母在含5 m M H3BO3的培养基上能更好地生长,表现出较强的耐硼特性,验证了杨树BOR具有硼外排的分子功能。(5)胡杨和俄罗斯杨BOR7基因一致性为98%,氨基酸序列一致性为94%。两序列在终止密码子附近存在差异:和Pr BOR7基因相比,Pe BOR7基因在靠近终止密码子区域(第+1969bp附近)缺失两个碱基,这预示着Pe BOR7发生移码并提前终止,此缺失并不在蛋白质跨膜结构域,Pe BOR7的C末端缺失9个氨基酸。胡杨和俄罗斯杨BOR7基因启动子顺式作用元件的种类和数量也存在差异。可能是上述差异导致两种杨树耐高硼能力不同。
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:S792.11

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