菊芋耐鹽生理分析及脯氨酸代謝對(duì)鹽脅迫的響應(yīng).pdf

1、本研究以兩個(gè)菊芋(HelianthustuberosusL.)品種南芋一號(hào)(NY-1)和青芋二號(hào)(QY-2)為試驗(yàn)材料，采用砂培方式探索兩菊芋品種耐鹽能力的差異。設(shè)置0，30，60，90，120，和150mMNaCl處理，研究了NaCl脅迫對(duì)兩菊芋品種生物量累積，生長(zhǎng)，光合能力，K+和Na+吸收與分布，質(zhì)膜和液泡膜H+-ATPase活性以及脯氨酸累積的影響。根據(jù)NaCl脅迫下兩菊芋品種的生理響應(yīng)，研究了不同濃度外源KNO3對(duì)150mMN

2、aCl脅迫的緩解效應(yīng)。鹽脅迫和鹽緩解處理下的兩菊芋品種生理響應(yīng)結(jié)果表明脯氨酸累積可能是菊芋的一種重要耐鹽機(jī)制。選取南芋一號(hào)為試驗(yàn)材料，從菊芋中提取脯氨酸代謝途徑關(guān)鍵酶(P5CS，OAT和PDH)并首次克隆得到脯氨酸代謝關(guān)鍵酶基因(HtP5CSl，HtP5CS2，HtOAT，HtPDH1和HtPDH2)。根據(jù)脯氨酸代謝過(guò)程中關(guān)鍵酶活性的變化以及編碼關(guān)鍵酶的基因在轉(zhuǎn)錄水平上的變化研究了NaCl脅迫對(duì)菊芋脯氨酸代謝的影響。同時(shí)，克隆得到2個(gè)可

3、能的脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(HtProT1和HtProT2)，并對(duì)其在NaCl脅迫下的表達(dá)模式進(jìn)行探討。本研究為深入探索菊芋耐鹽機(jī)理提供參考依據(jù)，為進(jìn)一步發(fā)掘菊芋抗逆基因奠定工作基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.不同濃度NaCl處理降低了南芋一號(hào)和青芋二號(hào)的生物量。相同處理下，南芋一號(hào)干重的下降程度高于青芋二號(hào)。隨著NaCl濃度的升高，兩菊芋品種的葉片擴(kuò)展率呈下降趨勢(shì)。與南芋一號(hào)相比，青芋二號(hào)保持較高的葉片相對(duì)擴(kuò)展率，表明相同脅迫條件下，

4、青芋二號(hào)保持著更好的葉面擴(kuò)展能力。與對(duì)照相比，隨NaCl濃度的升高，南芋一號(hào)葉中葉綠素a和葉綠素b含量顯著下降，類胡蘿卜素含量顯著上升。隨NaCl濃度的上升，青芋二號(hào)葉綠素a，葉綠素b以及類胡蘿卜素含量均顯著提高?？傮w上，與對(duì)照相比，兩菊芋品種類胡蘿卜素占葉綠素總量的比例均隨NaCl濃度的上升而增加。無(wú)NaCl處理時(shí)，南芋一號(hào)和青芋二號(hào)保持相同水平的Pn。隨NaCl濃度的增加，兩菊芋品種Pn均呈下降趨勢(shì)。相同濃度NaCl處理下，青芋二號(hào)

5、比南芋一號(hào)保持更高的Pn。Gs和Tr的變化趨勢(shì)與Pn類似?？傮w上NaCl脅迫下青芋二號(hào)比南芋一號(hào)保持更高的光合活性。
　　2.隨NaCl濃度的升高，南芋一號(hào)和青芋二號(hào)根中Na+和Cl-含量顯著上升，K+含量表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。南芋一號(hào)根中NO3-含量隨NaCl濃度的升高而增加;相反，與對(duì)照相比，青芋二號(hào)根中NO3-含量顯著下降。相同濃度NaCl處理下，南芋一號(hào)根中累積的K+和NO3高于青芋二號(hào)。與對(duì)照相比，低濃度NaCl處理提高了南

6、芋一號(hào)和青芋二號(hào)根中質(zhì)膜和液泡膜的H+-ATPase活性。h+-ATPase活性表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。相同濃度NaCl處理下，南芋一號(hào)比青芋二號(hào)保持更高的質(zhì)膜和液泡膜H+-ATPase活性。150mMNaCl脅迫下，適宜濃度的外源KNO3提高了南芋一號(hào)和青芋二號(hào)地上部和地下部的K+/Na+，同時(shí)改善了NaCl脅迫下兩菊芋品種的光合特性。
　　3.隨著NaCl濃度的增加，兩菊芋品種根中脯氨酸含量顯著上升。相同處理下，南芋一號(hào)根中脯氨酸含

7、量高于青芋二號(hào)。與對(duì)照相比，不同濃度NaCl處理下，青芋二號(hào)脯氨酸累積上升的速度高于南芋一號(hào)。100mMNaCl處理72h，南芋一號(hào)根莖葉中脯氨酸含量均隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著上升。脯氨酸在南芋一號(hào)葉中累積量最高，根中最低。與對(duì)照相比，100mMNaCl處理提高了南芋一號(hào)根莖葉中的P5CS酶活性，同時(shí)，OAT和PDH酶活性均隨NaCl脅迫時(shí)間的增加而下降。脯氨酸合成和降解過(guò)程關(guān)鍵酶活性變化表明，谷氨酸途徑是NaCl脅迫下脯氨酸合成的主要途

8、徑。應(yīng)用電子克隆技術(shù)，比對(duì)菊科植物EST數(shù)據(jù)庫(kù)克隆得到HtP5CSl，HtP5CS2，HtOAT，HtPDH1和HtPDH2。登錄號(hào)分別為:KC700610，KC700611，KC700612,KC700613，和KC700614。生物信息學(xué)分析表明，克隆得到的菊芋脯氨酸代謝5個(gè)關(guān)鍵基因與經(jīng)功能驗(yàn)證的其它物種的基因具有很高的相似性。100mMNaCl處理0，l，4，12h或者0，50，100，200mMNaCl處理12h后的脯氨酸代謝5

9、個(gè)關(guān)鍵基因在轉(zhuǎn)錄水平上的變化表明，NaCl脅迫下菊芋脯氨酸合成途徑中HtP5CS2在谷氨酸途徑上起主導(dǎo)作用。HtPDH2受NaCl脅迫的抑制，其變化趨勢(shì)與PDH酶活性變化趨勢(shì)一致，因此推測(cè)HtPDH2在脯氨酸降解過(guò)程中起主導(dǎo)作用。脯氨酸含量隨NaCl脅迫時(shí)間的增加顯著上升，但主導(dǎo)脯氨酸合成的谷氨酸途徑上的關(guān)鍵酶P5CS上升趨勢(shì)緩慢，推測(cè)菊芋中存在促進(jìn)脯氨酸迅速累積的脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)途徑?？寺〉玫絻蓚€(gè)編碼脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因HtProT1和Ht