外源ATP诱导油菜耐盐性生理及分子机制研究

论文摘要

非生物胁迫中,盐渍化已成为非常严重的环境和农业问题,是严重限制农作物生长发育及产量的主要因素之一。为了在逆境胁迫下能够生存,植物形成了一套高效防御机制,识别信号并将信号转导来调节植物生长发育,从而抵御不利环境。非生物胁迫条件下,活性氧、钙离子作为第二信使对植物的生长发育有着极其重要的作用。ATP作为生物体所必需能源,调控第二信使(H2O2、Ca2+)参与细胞中的物质代谢和能量代谢,从而提高植物在逆境环境下的适应性。有研究结果表明,外源ATP与盐胁迫之间可能存在某种联系,但是关于外源ATP在响应盐胁迫下植物的生长发育的过程报道较少。本实验以白菜型冬油菜‘陇油8号’为研究材料,采用组织化学染色、植物生理生化及分子生物学实验方法,研究外源ATP对盐胁迫下油菜活性氧、抗氧化酶活性、离子含量、膜损伤、渗透调节物质的影响,及对抗氧化酶基因、NADPH氧化酶基因（RBOH）、P5CS1基因、MAPK激酶基因、耐盐基因转录水平的调控,有助于了解外源ATP缓解盐胁迫下油菜生理效应和调控机制,为改善土壤盐渍化危害植物种植提供理论依据。主要结果如下:1.盐胁迫抑制了油菜种子萌发和生物量积累,外源ATP浓度过低或者过高都会抑制油菜种子萌发,25μmol/L外源ATP浸种促进了盐胁迫下油菜种子萌发及幼苗生物量积累。表明外源ATP在油菜种子萌发和生物量积累过程中发挥了作用。2.外源ATP浸种显著降低了盐胁迫下油菜幼苗ROS和膜损伤,提高了盐胁迫下油菜幼苗中抗氧化酶活性和渗透调节物。表明外源ATP浸种可以提高盐胁迫下油菜幼苗中抗氧化酶活性清除多余的ROS,进而减少盐胁迫对油菜幼苗的氧化损伤,同时提高了盐胁迫下油菜幼苗中渗透调节物,增强了油菜幼苗的保水性,从而减轻盐胁迫对油菜幼苗的伤害。3.对油菜叶片染色观察,结果显示油菜幼苗叶片ROS、死亡细胞分布及含量在不同处理下存在差异。其盐胁迫下叶片ROS和死亡细胞分布广泛并且积累最多。与NaCl相比,外源ATP+NaCl处理降低油菜叶片ROS和死亡细胞。表明外源ATP通过调节油菜ROS含量和死亡细胞数量的变化来缓解盐胁迫对油菜的损伤。4.盐胁迫提高了油菜叶片Na+、Ca2+、Cl-含量及Na+/K+,喷洒外源ATP降低了NaCl胁迫下油菜Na+含量及Na+/K+,提高了Ca2+和K+含量。表明外源ATP通过影响油菜叶片中离子含量,维持细胞钠钾稳态,从而提高油菜耐盐性。5.NaCl胁迫提高了油菜叶片抗氧化酶活性、渗透调节物、膜损伤程度,降低了叶绿素含量。外源ATP降低了NaCl胁迫下油菜叶片质膜的损伤,增强了抗氧化酶活性和叶绿素合成,提高了脯氨酸和可溶性糖含量。与外源ATP+NaCl处理相比,DPI+外源ATP+NaCl处理、DMTU+外源ATP+NaCl处理、EGTA+外源ATP+NaCl处理都降低了抗氧化酶活性、渗透调节物含量、叶绿素含量,增加膜损伤程度。表明NADPH氧化酶、H2O2、Ca2+参与外源ATP调控盐胁迫下油菜抗氧化酶活性、抗氧化酶活性、膜损伤及渗透作用的过程。6.利用实时荧光定量PCR技术,检测NADPH氧化酶基因（RBOHD、RBOHF）、P5CS1基因、MAPK激酶基因（MAPK3、MAPK6）、耐盐基因（SOS1、NHX1）、抗氧化酶基因（CAT、SOD、APX、GR）转录水平。结果表明,上述基因受到NaCl胁迫的诱导,外源ATP进一步促进NaCl胁迫下油菜上述基因的表达水平,与外源ATP+NaCl处理相比,DPI+外源ATP+NaCl处理、DMTU+外源ATP+NaCl处理、EGTA+外源ATP+NaCl处理都不同程度地抑制了油菜叶片上述基因转录水平。表明NADPH氧化酶、H2O2、Ca2+参与外源ATP对盐胁迫下油菜耐盐基因表达的诱导过程。

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中文摘要

Abstract

缩略词

第一章文献综述

1.1 盐胁迫对植物生长发育的影响

1.1.1 盐胁迫对植物种子萌发的影响

1.1.2 盐胁迫对植物体ROS及抗氧化酶活性影响

1.1.3 盐胁迫对植物渗透作用的影响

1.1.4 盐胁迫对植物光合作用的影响

1.1.5 盐胁迫对植物体内离子平衡的影响

1.1.6 植物耐盐性相关基因研究进展

1.2 ATP对植物生长发育的影响

1.2.1 胞外ATP及其受体的发现

1.2.2 胞外ATP对植物生理的影响

1.2.3 胞外ATP调节植物信号转导过程的作用

1.3 本实验研究目的及意义

第二章实验材料与方法

2.1 外源ATP浸种实验材料培养、处理及实验方法

2.1.1 外源ATP浸种实验材料培养及处理

2.1.2 种子萌发指标的测定

2.1.3 根长、株高测定

2.1.4 ROS含量测定

2.1.5 活性胶电泳及染色

2.1.6 MDA含量测定

2.1.7 相对电导率测定

2.1.8 游离脯氨酸的测定

2.1.9 可溶性糖含量测定

2.2 喷洒外源ATP实验材料培养、处理及实验方法

2.2.1 实验材料培养与处理

2.2.2 ROS检测方法

2.2.3 死细胞染色

2+、Na⁺、K⁺、Cl^-离子含量测定'> 2.2.4 Ca²⁺、Na⁺、K⁺、Cl^-离子含量测定

2.2.5 抗氧化酶活性测定

2.2.6 叶绿素含量测定

2.2.7 其他生理指标测定

2.2.8 实时荧光定量PCR

2.3 试剂和仪器

2.3.1 主要试剂

2.3.2 主要仪器

2.4 数据分析

第三章结果与分析

3.1 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜种子萌发及幼苗生长的影响

3.1.1 不同浓度外源ATP浸种对油菜种子发芽率和发芽势的影响

3.1.2 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜种子发芽率和发芽势的影响

3.1.3 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜幼苗生物量的影响

3.1.4 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜幼苗过氧化氢和羟自由基含量的影响

3.1.5 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜幼苗抗氧化酶活性的影响

3.1.6 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜幼苗膜损伤程度的影响

3.1.7 外源ATP浸种对盐胁迫下油菜幼苗渗透调节物质的影响

3.2 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片生理及基因表达的影响

3.2.1 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片活性氧（ROS）的影响

3.2.2 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片死细胞的影响

3.2.3 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片离子含量的影响

3.2.4 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片抗氧化酶的影响

3.2.5 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片叶绿素含量的影响

3.2.6 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片膜损伤程度的影响

3.2.7 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片渗透调节物质的影响

3.2.8 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片MAPK3/MAPK6 基因表达的影响

3.2.9 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片RBOHD/RBOHF基因表达的影响

3.2.10 外源ATP对盐胁迫下油菜叶片NHX1/SOS1 基因表达的影响

第四章讨论

4.1 外源ATP浸种对盐胁迫下种子萌发及幼苗生长的影响

4.2 外源ATP对盐胁迫下离子变化和死细胞的影响

4.3 外源ATP对盐胁迫下活性氧变化、抗氧化酶及膜损伤的影响

4.4 外源ATP对盐胁迫下渗透调节的影响

4.5 外源ATP对盐胁迫下叶绿素含量变化的影响

4.6 外源ATP对盐胁迫过程中SOS1、NHX1 基因转录水平的影响

4.7 外源ATP对盐胁迫过程中RBOH基因、MAP级联途径的调控

第五章结论

参考文献

攻读硕士研究生期间取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赖晶

导师: 张腾国

关键词: 白菜型油菜,盐胁迫,外源,活性氧,钙离子

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 自然地理学和测绘学,农业基础科学,农艺学,农作物

单位: 西北师范大学

分类号: S565.4;S156.4

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