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中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)不同种群对干旱胁迫的响应差异与干旱诱导蛋白的分析

徐刚  
【摘要】: 沙棘广泛分布于亚欧大陆的温带地区和亚洲亚热带的高海拔地区。沙棘能适应多种生态环境,能耐受多种逆境(如干旱、低温、高温和盐害等)。在中国,沙棘常常被用作植被恢复中的先锋树种而大量栽培。本文以中国沙棘为试验材料,探索沙棘适应干旱机制,以及沙棘对干旱胁迫的适应机制是否存在种群间的差异,同时试图通过分析干旱胁迫下沙棘叶片蛋白质表达变化探索沙棘适应干旱胁迫的分子机理。 对三个分别来自低海拔湿润地区、低海拔干旱地区和高海拔湿润地区的中国沙棘种群进行干旱胁迫处理。干旱胁迫能提高根冠比,比叶面积,降低平均叶面积和总生物量,提高沙棘的抗氧化性酶活性、脯氨酸含量、脱落酸(ABA)含量、降低光合作用,提高长期用水效率。实验中的这两个低海拔种群比高海拔种群抵抗干旱的能力更强,不同的种群采用了不同的策略来耐受干旱胁迫和过氧化胁迫。 在2004年度的实验中,干旱胁迫处理下,高海拔湿润种群(道孚种群)严重失水,生长也受到更大的抑制,非气孔因素在抑制光合作用方面占支配地位,抗坏血酸含量下降,ABA和脯氨酸含量增加幅度比九寨沟种群的要高,这可能是因为道孚种群严重失水而引起的;而低海拔湿润种群(九寨沟种群)的体内水分状况几乎不受干旱的影响,生长情况也较道孚种群要好。 在2005年度的试验中,和高海拔湿润地区种群(道孚)相比较,低海拔干旱地区种群(定西)在叶片相对水含量、根冠比、抗氧化酶活性(过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽过氧化物酶)、保护性物质(脯氨酸,脱落酸)含量等方面都要高,光能热耗散能力也更强,而且气体交换参数(气孔扩散阻力和胞间CO_2浓度等)对干旱也更不敏感。 分析了干旱胁迫下沙棘叶片蛋白质表达的变化。共发现319个蛋白质,有4个蛋白在干旱胁迫下消失(Putative ABCtransporter ATP-binding protein、Hypothetical protein XP-515578,热激蛋白Hslu219和一个没得到鉴定的蛋白),4个只在干旱胁迫下出现(没命名的蛋白质产物,对甲基苯-丙酮酸双加氧酶,NTrX和一个没得到鉴定的蛋白),46个蛋白质的表达丰度变化显著,包括32个干旱负调蛋白,14个干旱正调蛋白(3个Rubisco的大亚基、J-type-co-chaperone Hsc20、putative protein DSM3645-2335、putative acyl-COA脱氢酶、nesprin-2和两个没有得到鉴定的蛋白质)。这些蛋白质参与了氮代谢调控、抗氧化行物质的合成、脂肪酸β—氧化、核骨架构造、[Fe-S]基团组装、细胞分裂或作为分子伴侣和蛋白质酶起作用。putative ABC transporter ATP-binging protein、NtrX、nesprin-2和Hslu是本试验新发现的高等植物蛋白,我们主要从它们的保守结构域或在其他生物中的同源物来猜测它们的功能。实验结果为我们研究植物抗干旱机制提供了新线索和新视野。


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