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水孔蛋白与植物对干旱和低温胁迫响应关系的研究

余歆  
【摘要】:水孔蛋白(Aquaporin)属于跨膜通道MIP(Membrane Intrinsic Protein)大家族,是一种能介导水分跨膜运输的功能性的膜通道蛋白,它广泛地存在于从微生物到高等动物和植物的各种生物体中。水孔蛋白在转录、翻译、翻译后修饰等各个水平上受到调控。水孔蛋白的发现对植物生理学是一个概念性的发展。 在本研究中,我们就稻(Oryza sativa)水孔蛋白对干旱和低温的响应关系展开探讨,实验主要取得如下结果: (1)通过对一个水稻品种(秀水63)和一个陆稻品种(中旱3号)在12%PEG(聚乙二醇) 2000(?0.45 MPa)渗透胁迫处理7?8天后的水分生理比较,来研究稻的抗旱生理机制。渗透胁迫处理后,两个品种均表现生长缓慢,植株矮小,新叶叶尖卷曲甚至干枯,但中旱3号要比秀水63表现得更为严重。相对秀水63,相同强度的渗透胁迫处理对中旱3号根系和地上部的生长均有较强的抑制作用。在渗透胁迫处理后,两个品种的叶子的相对含水量和水势都有所下降,但下降程度中旱3号强于秀水63。渗透胁迫处理使秀水63叶的渗透势显著下降,但中旱3号没有明显变化,同时秀水63的叶膨压高于中旱3号,说明秀水63可能具有更强的渗透调节能力。中旱3号在渗透胁迫7?8天后的气孔导度和蒸腾速率下降显著,但秀水63却变化不大。中旱3号和秀水63在渗透胁迫后的根水导度都显著下降。通过对不定根的徒手切片的荧光显微镜检测,两个品种的不定根均未表现出在渗透胁迫后内皮层和外皮层的木栓化增加。胁迫处理能使中旱3号和秀水63的根水导降显著下降。汞离子是许多水孔蛋白的抑制剂,通过汞离子抑制实验可以初步研究水孔蛋白的功能。在未受胁迫时,汞处理能使中旱3号和秀水63的根水导度显著下降;在胁迫处理后,中旱3号根水导度对汞离子的敏感性更高,而秀水63的根水导度对汞离子的敏感性却几乎消失。综合以上结果,水稻和陆稻可能采取不同的机制抵御干旱,水稻以耐旱为主(如渗透调节),陆稻以避旱为主(如增加根系吸水能力、减少水分散失),水孔蛋白则可能参与了陆稻的避旱过程。 (2)为了进一步确证水孔蛋白在植物避旱中的作用,我们将稻水孔蛋白RWC3基因遗传转化一个我们认为避旱机制较弱的水稻品种(中花11号)中,然后观测转基因植株在PEG诱导的干旱条件下的生理表型。在本研究中,首先构建SWPA2::RWC3结构,将其构入双元载体pCAMBIA 1301中,SWPA2是来自于红薯(Ipomoea batatas)的逆境


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