紅麻苗期對NaCl脅迫的形態(tài)、生理響應(yīng)及蛋白質(zhì)組差異分析.pdf

1、鹽漬脅迫是影響作物生長發(fā)育、降低作物產(chǎn)量的主要非生物逆境脅迫因素之一。鹽漬土開發(fā)利用最經(jīng)濟有效的途徑是挖掘植物種質(zhì)本身的耐鹽性，篩選和培育耐鹽品種。紅麻(Hibiscus cannabinus L.)是一年生韌皮纖維植物，是重要的麻紡和造紙原料，具有較強的耐鹽性，適于輕鹽土栽培種植。因此，選育具有較高耐鹽性的紅麻品種，對進一步加強鹽堿地的開發(fā)利用具有重要意義。
　　 本研究選用紅麻細胞質(zhì)雄性不育系P3A、保持系P3B、恢復(fù)系99

2、2及其雜交種(P3A/992)為材料，采用營養(yǎng)液水培的方法，測定4種NaCl處理濃度(0、50、150、200mmol/L NaCl)及短期NaCl脅迫(5d)解除后的幼苗生長、生理生化、光合特性，并對NaCl脅迫下，紅麻細胞質(zhì)雄性不育系P3A處理與對照、保持系P3B處理與對照的蛋白質(zhì)組差異進行分析。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、NaCl脅迫條件下，供試材料的生長及生理指標變化：
　　 (1)NaCl脅迫使紅麻幼苗生長受

3、到明顯抑制，短期(脅迫5d)、輕度NaCl(50mmol/L)脅迫條件下，對4種紅麻材料的生物量影響較小；隨脅迫強度(150、200mmol/L)的增加和脅迫歷時(脅迫10d和15d)的延長，4種紅麻材料的幼苗生長和生理代謝均受到顯著影響。形態(tài)性狀表現(xiàn)為株高降低，莖稈變細，根系擴展受到抑制生物量降低，根冠比提高。生理指標表現(xiàn)為相對電導(dǎo)率和可溶性糖含量顯著增加，根系活力、葉面積和葉綠素相對含量顯著減少；光合指標表現(xiàn)為凈光合速率、蒸騰速率、

4、氣孔限制值、羧化效率和葉綠素利用效率均顯著下降，而細胞間CO2濃度、水分利用率顯著升高。不同材料間對NaCl脅迫響應(yīng)存在明顯差異，紅麻雜交種的耐鹽性表現(xiàn)出較強的中親優(yōu)勢和超高親優(yōu)勢，并在一定閾值范圍內(nèi)隨著NaCl濃度的提高，其抗性優(yōu)勢表現(xiàn)也進一步增強。在NaCl脅迫條件下，相對電導(dǎo)率和氣孔限制值表現(xiàn)為顯著低于親本，說明其受到的傷害較低；而可溶性糖含量、根系活力、葉面積、葉綠素相對含量、凈光合速率、蒸騰速率、羧化效率和葉綠素利用效率的表現(xiàn)

5、為顯著的中親優(yōu)勢和超高親優(yōu)勢，這是紅麻雜交種具有耐鹽性優(yōu)勢的生理基礎(chǔ)。研究還發(fā)現(xiàn)短期NaCl脅迫時，紅麻幼苗是以氣孔限制因素為主造成的凈光合速率降低，長期NaCl脅迫時，則以非氣孔限制因素為主。這種轉(zhuǎn)變與NaCl濃度相關(guān)。
　　 (2)選取與紅麻幼苗耐鹽性有密切關(guān)系的21項指標，并通過簡單相關(guān)性、主成分分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析等統(tǒng)計方法對各性狀指標間相互關(guān)系進行分析。由簡單相關(guān)分析可知，在紅麻幼苗耐鹽性的鑒定指標中，葉綠素利用效率、

6、水分利用率不適宜作為鑒定指標。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析，可以將各性狀指標與單株干重的關(guān)聯(lián)程度分為3類。如不考慮形態(tài)性狀，在NaCl脅迫條件下，光合性狀與單株干重的關(guān)聯(lián)度大于生理性狀與單株干重的關(guān)聯(lián)度。NaCl脅迫條件下，首先受影響的是光合作用。這些性狀指標可分為3個主成分，其中，在NaC脅迫條件下第1主成分中特征向量最大的是可溶性糖含量，說明作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的可溶性糖在NaCl脅迫時起十分重要的作用。
　　 2、NaCl脅迫5d后復(fù)水處

7、理，供試材料的生長及生理指標變化：
　　 (1)4種紅麻供試材料的幼苗在經(jīng)歷不同NaCl濃度(50、150、200mmol/L)脅迫5d后解除NaCl脅迫，在恢復(fù)生長過程中，其形態(tài)、生理和光合指標均有一定恢復(fù)，但恢復(fù)補償效應(yīng)與NaCl脅迫濃度、前期受傷害程度以及恢復(fù)生長天數(shù)有關(guān)。輕度(50mmol/L)NaCl脅迫后復(fù)水，其生長容易恢復(fù)，可以產(chǎn)生等量補償效應(yīng)；而中度(150mmol/L)和重度(200mmol/L)NaCl脅迫后

8、復(fù)水，難以逆轉(zhuǎn)，只能產(chǎn)生部分補償效應(yīng)。表現(xiàn)為細根根表面積增多、根冠比減小。紅麻雜交種由于脅迫時的傷害較輕，在脅迫解除后恢復(fù)生長10d，其恢復(fù)能力明顯大于雙親(不育系P3A、恢復(fù)系992)。在NaCl脅迫解除后恢復(fù)生長10d，紅麻雜交種的相關(guān)生理指標和光合特性表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢，這是NaCl脅迫解除后，雜交種能迅速恢復(fù)生長的生理基礎(chǔ)，是紅麻雜交種具有耐鹽性優(yōu)勢的生理基礎(chǔ)。
　　 (2)在NaCl脅迫解除后恢復(fù)生長的過程中，對與紅

9、麻幼苗生長有密切關(guān)系的21項指標采用簡單相關(guān)性、主成分、灰色關(guān)聯(lián)度等統(tǒng)計分析方法進行研究。由簡單相關(guān)分析可知，在短期NaCl脅迫解除后恢復(fù)生長中，葉綠素利用效率不適宜作為鑒定指標?；疑到y(tǒng)分析可知，這些指標大致分為3類。如不考慮形態(tài)性狀，光合性狀與單株干重的關(guān)聯(lián)度大于生理性狀。由主成分分析可知，紅麻幼苗在經(jīng)歷5d NaCl脅迫后恢復(fù)生長的過程中，第1主成分大致概括為光合因子；第2、3主成分可大致概括為物質(zhì)分配因子。在由脅迫環(huán)境轉(zhuǎn)換為正常

10、的生長環(huán)境之后，最先發(fā)生響應(yīng)的是蒸騰速率(Tr)，生理代謝繼而發(fā)生一系列恢復(fù)性調(diào)整，進而決定形態(tài)建成的恢復(fù)。
　　 3、NaCl脅迫條件下，供試材料的蛋白質(zhì)組差異分析：
　　 (1)比較上述P3A、P3B NaCl處理與對照發(fā)現(xiàn)，均表現(xiàn)顯著變化的差異蛋白有27個，其中，一致上調(diào)有15個，一致下調(diào)有11個，還有1個在不育系P3A中上調(diào)而在保持系P3B中為下調(diào)。27個差異蛋白可以劃分為物質(zhì)代謝、能量代謝、跨膜轉(zhuǎn)運、應(yīng)激抗氧化

11、、蛋白質(zhì)修飾加工、細胞骨架、翻譯、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、胞壁修飾與功能未知蛋白等10類。其中，涉及物質(zhì)代謝(5個)的蛋白質(zhì)變化最明顯，占18.52%。
　　 (2)只在紅麻不育系P3A NaCl處理與對照表達的差異蛋白，共鑒定出24個，一致上調(diào)的有11個，一致下調(diào)的有13個。24個差異蛋白可以劃分為物質(zhì)代謝、能量代謝、跨膜轉(zhuǎn)運相關(guān)蛋白、應(yīng)激抗氧化、蛋白質(zhì)修飾加工、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細胞骨架、翻譯以及功能未知蛋白等9類。其中，涉及蛋白質(zhì)修飾加工(6個

12、)的蛋白質(zhì)變化最明顯，占25.00%。只在紅麻保持系P3B NaCl處理與對照中表達的差異蛋白，鑒定出29個差異蛋白，其中，一致上調(diào)的有10個，一致下調(diào)的有19個。29個差異蛋白可以劃分為物質(zhì)代謝、能量代謝、跨膜轉(zhuǎn)運、應(yīng)激抗氧化、蛋白質(zhì)修飾加工、細胞骨架、DNA復(fù)制、翻譯以及功能未知蛋白等10類。除未知功能蛋白外，其中，涉及跨膜轉(zhuǎn)運(5個)的蛋白質(zhì)變化最明顯，占17.24%。
　　 由此可知，雖然在不同細胞質(zhì)(不育系與保持系只存