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应用蛋白质组学技术研究壳寡糖有利于水稻耐寒性生长机理

吴锦南  
【摘要】:水稻(Oryza sativa)是单子叶植物研究领域中重要喜温作物的一种,在世界上作为最重要的粮食作物之一。早稻播种期间正处于冷暖交替时节,气候尚未转暖,水稻幼苗容易遭遇低温寒潮的侵袭而发生冷害,造成秧苗生长势减弱或死亡,给农业生产带来损失。近年来,有研究表明壳寡糖对植物生态生理学有很多积极的影响,然而关于壳寡糖在非生物胁迫下对植物生态生理学的影响与机制,特别是植物对寒冷的反应,还只是做了有限的研究。本论文以粳稻(耐寒品种)和籼稻(低温敏感品种)为实验材料,通过分析相关植物耐寒鉴定指标及低温处理后蛋白质组水平变化,探究壳寡糖提高水稻幼苗耐寒性生长的机理。得到的主要结果如下:(1)使用不同浓度的壳寡糖溶液浸种与清水对照组相比,能有效提高粳稻与籼稻的发芽能力;对于粳稻来说,500mg/m L的壳寡糖溶液浸种处理能明显促进其发芽能力;而对于冷敏感的籼稻来说,随着壳寡糖浓度的提高,发芽能力越强。(2)使用壳寡糖对水稻种子与幼苗进行处理,不仅可以促进生长还可以提高水稻的耐低温生长能力。不同浓度的壳寡糖溶液对不同品种的水稻,能够产生不同的耐寒效果。对于粳稻来说,使用浓度为100mg/m L壳寡糖溶液浸种36h处理,可以显著提高粳稻幼苗的耐寒能力。而对于籼稻来说,使用500mg/m L壳寡糖溶液浸种36h处理,可以很好的呈现籼稻幼苗的耐寒能力。无论是否处于低温胁迫环境下,壳寡糖有利于促进水稻叶片中总叶绿素含量的生成。(3)使用壳寡糖进行预处理能减少由于低温造成的氧化损伤,减缓细胞膜脂质过氧化的程度,维持膜系统的稳定性,减少丙二醛含量的积累与细胞膜的损伤程度,从而抵御低温对水稻幼苗的影响。(4)经质谱分析壳寡糖处理组与对照处理组在低温条件下鉴定到的差异蛋白共499个,推测这些蛋白可能涉及到多个代谢途径,主要通过糖酵解(EMP)、甘露糖代谢(Mannose metabolism)、蔗糖代谢(Sucrose metabolism)、磷酸戊糖途径(PPP)、柠檬酸循环(TCA)、氨基酸代谢(Amino acid)和渗透调节物质代谢(Osmotic substance metabolism)等途径,进而调节水稻的低温适应过程。综上结果,本实验利用蛋白质组学技术分析了经壳寡糖处理的水稻叶片在低温胁迫下蛋白表达的差异变化,进一步探究了水稻耐低温胁迫的可能机制,为分析水稻低温耐受性蛋白的调节机制提供了重要信息,对揭示植物耐低温生长机制具有重要意义。


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