收藏本站
《四川农业大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

耐盐植物盐芥吸钾排钠的生理机制及基因调控网络研究

张弓长  
【摘要】:土壤盐渍化(soil salinization/salination)或者盐胁迫(salt stress)是使农业作物的产量降低或者作物不能生长的现象,土壤盐渍化影响植物的生理生化指标,如抑制种子萌发率、破坏离子平衡(如Na+/K+平衡)、细胞功能、抑制植株高度、干重、产量、改变糖和氨基酸等代谢物质含量、抗氧化物酶活性等,影响着农作物的产量和品质,因此盐渍化正严重限制着我国乃至世界的农作物产量提升及农业经济发展。Na+/K+失衡是土壤盐渍化最明显的表现之一,土壤盐渍化导致的Na+/K+失衡破坏植物体内原有的离子平衡,因而破坏Na+、K+各自所参与的代谢,如维护细胞膜电位、调控酶活性等。本研究通过对拟南芥哥伦比亚型(Arabidopsis thaliana, Columbia, Col)、高水杨酸生态型(Cape Verde Islands, Cvi-0)、抗盐胁迫能力较强的盐芥(Thellungiella salsuginea,盐芥)和低水杨酸的NahG转基因植物为实验材料,采用盐胁迫(100mM NaCl)、水杨酸(SA,0.5 mM) 和 SA的抑制剂多效唑(PBZ,0.5 mM)预处理、结合消减杂交以及转录组测序等技术手段探究盐芥吸钾排钠—耐盐胁迫的生理机制,以及水杨酸在其中起到的关键作用。本文得到的主要结果如下:(1)缺乏水杨酸的植物耐盐胁迫,但并非通过吸钾排钠的生理机制利用哥伦比亚型Col、高水杨酸生态型Cvi-0 和 NahG转基因材料为实验材料,分别用100mM Na+ 和 100mM K+胁迫处理拟南芥,并检测盐胁迫对叶面积(第3片真叶)、叶片数、植株含水量、植株鲜重、Na+、 K+含量的影响,结果显示100mM Na+和100 mM K+胁迫后,三个品种中叶面积、叶片数、植株含水量、鲜重都有不同程度的下降,并且100 mM Na+处理显著增加植株Na+含量(p0.01),降低K+含量(p0.05),而100 mMK+胁迫后,植株体内K+含量升高(p0.01),Na+含量降低(p0.05)。比较哥伦比亚型Col、生态型Cvi-0和NahG转基因材料中以上指标的变化程度,显示NahG中的生理生化指标受盐胁迫的影响程度最小,表明NahG转基因材料的抗盐胁迫能力较强。但NahG转基因植物耐盐并非通过吸钾排钠的生理机制,其K+含量与Col并无显著差异,推测其耐盐机制可能与其抗氧化能力较强有关。(2)水杨酸通过促进吸钾排钠提高植物的耐盐性以拟南芥和盐芥为实验材料,分别用05 mM SA 和 0.5 mM PBZ预处理后,再用100 mM NaCl胁迫处理,检测植株含水量、Na+、K+含量,活性氧检测(H202染色法)、可溶性糖浓度、丙二醛(MDA)含量、电导率的变化。结果显示SA处理使盐胁迫导致的植株含水量下降幅度减缓(p0.05)。盐胁迫还造成可溶性糖浓度下降(p0.05)、MDA含量上升(p0.05)、电导率上升(p0.01)、活性氧含量升高。而这些参数在SA处理下变化幅度减小,表明SA处理后植株的抗盐胁迫能力增强。而PBZ预处理可部分逆转SA的作用。SA处理能够显著缓解盐胁迫下的Na+含量上升(p0.05),同时促进K+吸收(p0.05),而PBZ抑制SA的作用,所以SA缓解盐胁迫的机制与其“吸钾排钠”作用有关。盐芥本身对盐胁迫有很强的抗性,在盐胁迫下K+含量显著高于拟南芥(p0.05),而Na+含量显著低于拟南芥(p0.05)。SA可以进一步促进盐芥吸钾排钠的能力,而PBZ抑制这种能力。(3)盐胁迫拟南芥转录组测序及消减杂交分析通过对盐胁迫前后拟南芥和盐芥的转录组测序和生物信息学分析,利用消减杂交(SSH)技术筛到盐芥中的特异性高表达的基因。对差异表达基因的GO(Gene Ontology)和KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)pathway富集分析表明它们主要与激素应答、氧化酶活性、胁迫反应等相关,并且拟南芥和盐芥差异表达的基因所属代谢通路不尽相同,如拟南芥中的差异基因富集在P53、自噬、FOXO等通路上,而盐芥中与盐胁迫相关基因显著富集在NF-kB、HIF-1、MAPK、戊糖磷酸等途径上。当然拟南芥和盐芥差异表达的基因也富集在一些共通的代谢通路上,如氨基酸代谢、糖代谢、以及植物激素信号转导等。另外我们还筛选到一批盐芥特有的差异表达的基因,如C2H2和WRKY转录因子和脱落酸(ABA)信号相关基因。SA通路代表性基因NPR1口PR1在盐胁迫后拟南芥中的表达量降低(Fold change,FC1),而在盐胁迫后盐芥中的表达量却升高(FC3),说明盐芥具有较高的抗盐能力可能与其SA相关基因表达增强或者SA信号激活有关。
【学位授予单位】:四川农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:Q945

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李妍;;耐盐研究模式植物——盐芥[J];生物学通报;2007年02期
2 蔡小宁;杨阳;杨平;贲爱玲;续晨;;盐芥叶片组织培养再生植株的研究[J];安徽农业科学;2008年01期
3 韦善君;周宜君;徐小静;冯金朝;;盐芥(Thellungiella halophila)DREB1E基因的克隆[J];华中农业大学学报;2008年02期
4 宋晓峰;;盐逆境条件下盐芥还原型维生素C含量变化情况[J];现代农业科技;2009年15期
5 王臻;扈玉婷;孙靖;;卡那霉素对盐芥生长的影响[J];安徽农业科学;2009年26期
6 王荣;韩旭思;高飞;周宜君;姜双林;;盐芥叶片响应干旱胁迫的蛋白质组学初步分析[J];西北植物学报;2012年03期
7 刘爱荣,赵可夫;盐胁迫对盐芥生长及硝酸还原酶活性的影响[J];植物生理与分子生物学学报;2005年05期
8 王莹;任大明;;盐芥—新型耐盐模式植物及其研究进展[J];湖北农业科学;2010年09期
9 高飞;杨欣壮;刘冉;周宜君;张桂芳;张根发;;盐芥根蛋白双向电泳体系的建立[J];北京师范大学学报(自然科学版);2011年03期
10 ;中科院遗传所成功解析盐芥基因组序列[J];中国科技信息;2012年15期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 樊守金;赵遵田;;盐芥(Thellungiella salsuginea)生物学特性研究[A];第七届全国系统与进化植物学青年学术研讨会论文摘要集[C];2002年
2 高飞;朱卫娉;周宜君;张根发;;盐芥耐受低温胁迫的蛋白质组学分析[A];第二届全国植物蛋白质组学学术研讨会论文集[C];2007年
3 樊守金;张颖颖;李法曾;;中国盐芥居群的遗传多样性研究[A];中国植物学会七十周年年会论文摘要汇编(1933—2003)[C];2003年
4 高峰;岳桂东;张举仁;;盐芥氢离子焦磷酸化酶基因的克隆[A];中国细胞生物学学会第八届会员代表大会暨学术大会论文摘要集[C];2003年
5 蔡小宁;杨平;贲爱玲;续晨;;盐芥ThHKT1基因的克隆[A];2006年拟南芥研究学术研讨会论文集[C];2006年
6 赵昕;吴雨霞;何建新;丁楠;;NaCl胁迫下盐芥和拟南芥质膜和液泡膜H~+-ATPase功能调节机制[A];2007中国植物生理学会全国学术会议论文摘要汇编[C];2007年
7 陈志强;陈文利;;延迟荧光检测,光谱分析与叶绿素荧光动力学分析比较研究NaCl胁迫对盐芥和拟南芥光合作用的影响[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年
8 杨平;蔡小宁;贲爱玲;续晨;王敏;Wu Yajun;;盐芥ThNHX1基因克隆和cre/lox植物表达载体构建[A];2007中国植物生理学会全国学术会议论文摘要汇编[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 科闻;中科院遗传所成功解析盐芥基因组序列[N];科技日报;2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郭玉华;盐芥重要生长发育期的生理生态机制研究[D];山东师范大学;2012年
2 孙志宾;盐芥蛋白质组学研究[D];山东师范大学;2009年
3 王增兰;盐芥(Thellungiella Halophila)耐盐生理及分子生物学基础研究[D];山东师范大学;2004年
4 张荃;盐芥(Thellungiella Halophila)作为耐盐模式植物的耐盐机理研究[D];山东师范大学;2004年
5 高秀华;盐芥耐盐相关基因的功能研究[D];山东师范大学;2006年
6 高峰;盐芥耐盐相关基因的克隆及功能分析[D];山东大学;2006年
7 樊守金;盐芥居群遗传多样性及分子进化研究[D];山东师范大学;2007年
8 李伟;盐胁迫下拟南芥与盐芥显微及超微结构的比较研究[D];东北林业大学;2014年
9 庞秋颖;盐胁迫盐芥和拟南芥的芥子油苷和蛋白质组比较[D];东北林业大学;2010年
10 赵吉强;盐芥激活标签突变体库的建立及过量表达YAP1对拟南芥耐盐性的影响[D];山东师范大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张弓长;耐盐植物盐芥吸钾排钠的生理机制及基因调控网络研究[D];四川农业大学;2016年
2 谢全喜;盐芥在低磷胁迫下的基础生理研究[D];山东师范大学;2009年
3 张营;盐芥生长与盐芥耐盐相关性研究[D];山东师范大学;2009年
4 高亚平;盐芥磷高效利用的生理以及分子机制[D];山东师范大学;2011年
5 刘爱荣;盐生植物盐芥基础生理研究[D];山东师范大学;2004年
6 柳夙宏;用叶圆盘法建立盐芥(Thellungiella halophila)的遗传转化体系[D];山东师范大学;2005年
7 贾文娟;镉胁迫对盐芥种子萌发、幼苗生长及抗氧化酶的影响[D];山东师范大学;2012年
8 石大川;盐芥的遗传多样性研究[D];兰州大学;2010年
9 隋欣;盐芥谷胱甘肽过氧化物酶响应逆境的蛋白表达分析[D];中央民族大学;2013年
10 柴振光;盐芥激活标签突变体库的构建及盐芥转座子标签突变体的筛选[D];山东师范大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026