乔江方[1]2007年在《水稻根系与叶片光合生理特性关系的研究》文中研究表明为揭示水稻根系与叶片光合生理特性之间的联系,本研究以生产上大面积推广的水稻品种籼稻两优培九、粳稻豫粳六号和陆稻品种旱稻738为试验材料,在水培条件下,通过短时(30 min和150 min)水分胁迫处理及根系调节措施,从水稻的光合特性响应、气体交换、叶绿素荧光诱导动力学参数、光合机构关键酶活性、叶绿体类囊体膜蛋白表达、根叶渗透调节物质含量变化、根系呼吸代谢关键酶活性、根叶中激素(ABA、CTK、IAA、GA3)含量变化、H2O2含量变化、抗氧化酶活性变化等方面,研究短时水分胁迫条件下水稻光合荧光特性的响应机制;根系和叶片中渗透调节物质的调控效应;根系呼吸代谢对光合特性的影响;根系和叶片中激素含量变化对光合的调控及互作效应;根系和叶片之间的ABA化学信号传递及转导。试验结果如下:1.30 min短时水分胁迫下,光合特性变化幅度较小,净光合速率、蒸腾速率、羧化效率基本上在15 min后开始有下降趋势,气孔导度下降开始的较早在5-10 min便开始下降,水分利用效率变化幅度较小或基本不变,气孔限制值保持稳步上升的趋势;荧光诱导动力学参数短时间内变化较明显,Fo对干旱胁迫较敏感,不同基因型品种均有上升。150 min处理光合荧光特性指标下降更加明显,下降幅度更大,净光合速率和蒸腾速率表现出叁段式的变化趋势,30 min内下降幅度较大,30-90 min下降趋势较平缓,90 min后下降幅度又较大,气孔导度下降幅度最大的时间在30-60 min;胞间CO2浓度在0-90 min基本表现下降的变化趋势,90 min后开始有所上升;水分利用效率在30-60 min表现出上升的变化过程;气孔限制值在120 min胁迫处理后期表现出下降的变化趋势。2.短时水分胁迫处理后,叶片水势变化明显,特别是在30%严重胁迫条件下;根系和叶片中细胞膜透性受到严重的影响,膜的选择质膜透性发生改变;短时水分胁迫过程中根系和叶片中渗透调节物质的改变,结果表明脯氨酸、可溶性糖含量短时间内变化较大,一般都是在20 min后上升幅度较大;比较根系和叶片中渗透调节物质的改变,发现根系中脯氨酸的改变的绝对量和上升幅度要大于叶片,而叶片中可溶性糖含量改变的绝对量和上升幅度要大于根系。3.不同的根系处理方式(全根、半根、剪去半根)对干旱胁迫后叶片的光合特性影响的结果表明,净光合速率、蒸腾速率、胞间CO_2浓度、羧化效率、水分利用效率在短时间内都有下降趋势,气孔限制值则表现为上升趋势,特别是在20 min以后变化更加明显,半根处理可以降低叶片光合特性变化的幅度。如果在处理20 min后剪去半根,明显看出,叶片的光合特性发生很快的改变,特别是气孔导度的变化最为敏感,上述指标都表现为不变或者开始有回升的趋势。不同根系处理方式叶片水势的试验也同样表明,剪去抑制半根处理可以降低叶片水势降低的幅度,甚至可以使叶片水势有上升的趋势。4.根系和叶片中CTR、IAA、GA3在短时间内都有下降的趋势,而ABA则表现出明显的上升趋势。同样,半根胁迫处理降低了这种改变的幅度,通过20 min剪去半根处理,发现可以明显改变叶片中激素含量的变化。通过试验设计全根、半根、20 min剪去半根处理,可以计算出不同根系胁迫处理在处理30 min后叶片中ABA和Zr的变化,30 min内根系ABA、Zr向叶片中输送ABA和Zr的平均速率分别为7.5 ng/g. FW.min-1、0.034 ng/g. FW.min-1。根系和叶片中ZR/ ABA、IAA/ABA、GA3 / ABA、(ZR+GA3) / ABA比值在干旱处理过程中都表现出下降的趋势。全根处理比值变化的幅度最大,剪去半根处理降低了这种变化的幅度。全根条件下(ZR+GA3) / ABA比值的变化幅度较大,这是水稻植株生长变缓的标志,是水稻对水分胁迫的一种保护性生理机制。5.通过抑制剂处理的方法研究根系呼吸代谢对叶片光合特性的影响,结果表明,正常条件下呼吸代谢抑制剂处理,叶片的光合特性在短时间内发生了一定程度的改变,特别是HgCl2处理后对光合特性影响最大,在30 min内光合速率就下降了35.8%;在光合各个指标中气孔导度下降的幅度最大,HgCl2处理后在30 min内就下降了75.1%;DNP处理后光合特性也有不同程度的下降;Na_3PO_4处理后,除了胞间CO_2有明显的下降趋势外,其它指标均变化不明显。短时干旱胁迫条件下对根系呼吸代谢不同途径关键酶活性也存在明显影响,结果表明,不同水分梯度都可以明显降低根系中ATP合酶、细胞色素氧化酶、琥珀酸脱氢酶的活性;不同处理间存在明显差异,且酶活性的降低一般都出现在胁迫处理10 min以后。6.不同基因型水稻胁迫处理后RuBP羧化酶活性有不同程度的下降,90 min后下降较明显。不同基因型品种间存在明显差异,两优培九在处理前期具有较高的RuBP羧化酶活性,处理后期下降幅度较大。通过SDS聚丙烯酰胺垂直板电泳方法,分析胁迫处理后叶片叶绿体类囊提膜蛋白的差异表达,结果表明胁迫处理150 min后,两优培九、738品种处理前后存在差异蛋白条带,不同品种间也存在差异蛋白条带;豫粳六号在处理前后没有出现差异。7.加入ABA合成抑制剂可以明显的改变半根胁迫中的光合特性,特别是气孔导度的改变;抑制剂处理后根系和叶片中ABA含量都有一定程度的下降,叶片中表现更加明显;ABA合成抑制剂也同时影响了根系和叶片中H_2O_2含量的变化,特别是叶片中的改变;通过运用剪去半根的方法,运用ABA运输速率的计算方法,计算根系中H_2O_2向叶片中运输的速率为0.051μmol.g-1.FW.min-1,结果说明根系向叶片中运输的H_2O_2还是非常少的,叶片中自身产生的H2O2是叶片中H_2O_2含量变化的主要原因。
莫言玲[2]2016年在《西瓜对干旱胁迫的响应机制及丛枝菌根真菌的缓解效应》文中指出干旱是影响植物正常生长并减少作物产量的主要非生物胁迫之一。西瓜[Citrullus lanatus(thunb.)Matsum.&Nakai.]是一种重要的水果型经济园艺作物,但它既怕涝又怕旱,整个生育期需要大量水分。近年来,频繁发生的自然干旱灾害严重制约了西瓜产业的发展。因此,挖掘和利用新的抗旱种质资源,深入了解抗性种质的抗旱机制对于改良现有栽培西瓜品种的抗旱性具有重要的实际意义。此外,随着人们节水理念的不断提升及发展有机农业的倡导,利用有益微生物的生态效应提高作物的抗旱性也将成为未来抗旱节水栽培的一个重要发展方向。前人的报道指出,利用丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi,AMF)可以提高水分亏缺灌溉条件下西瓜的果实产量和植株的水分利用效率,但对其作用的机理机制还知之甚少。本研究以来源于不同地区、具有不同生态类型的12个西瓜基因型为试材,采用盆栽控水的方式进行持续干旱处理,依据旱害指数和隶属函数值法对其抗旱性进行了综合评价。在此基础之上,进一步比较了两个具有明显抗旱性差异的西瓜基因型在干旱及复水条件下的生长、气孔特征、光合作用、抗氧化酶活性及抗逆相关基因表达的变化情况;同时采用RNA-Seq技术研究了两者在干旱胁迫下叶片基因的表达谱异同。最后再以敏感西瓜种质Y34作为供试材料,以地表球囊霉属(G.versiforme,GV)作为供试菌种,研究了AMF提高西瓜抗旱性的具体机理机制。主要研究结果如下:(1)干旱处理下,12个西瓜基因型对干旱胁迫的耐受能力存在明显差异,各基因型开始出现旱害症状的时间和发生旱害的程度各不相同。根据旱害指数和隶属函数值的统计结果,分析认为3个野生型材料M20、KY-3和Y-2为抗旱性强的西瓜种质,Y34、金美人和04-1-2为敏感种质,而其余基因型为中抗种质。(2)干旱胁迫下,敏感材料Y34的叶片发生萎蔫和黄化的时间比抗性材料M20早、程度深,表明Y34受到的伤害效应更大。干旱抑制了两个西瓜基因型的植株生长,但却提高了根冠比,M20比Y34的提高幅度大。电镜观察结果显示,M20具有更密的表皮毛密度。干旱条件下,M20能更早地调控WRKY70-like和MYB96-like基因的表达水平而关闭气孔,减少蒸腾,从而维持较高的叶片相对含水量。与Y34相比,M20的光系统II效率、初始Rubisco酶活性和叶绿素含量下降程度小,表明M20能更有效地平衡光化学和非光化学的能量分配,从而减轻干旱对光合器官造成伤害。干旱处理下,两个西瓜基因型的SOD,CAT,APX和GR酶活性都有所增加,但M20比Y34的提高程度大;此外,抗氧化酶相关编码基因(除APX外)的表达量也在M20植株中更高。因此,干旱胁迫下,M20叶片的H2O2、O2-和MDA含量增长幅度小。为了适应不断减少的土壤含水量,M20能积累更多的可溶性糖和脯氨酸含量而提高渗透势。这些抗旱机制使得M20在复水之后得以更快恢复正常的生理代谢。(3)基因表达谱分析显示,干旱会引起西瓜植株体内的转录水平发生大的变化。抗性材料M20通过上调相关基因表达水平而更早地启动抗氧化还原、自我平衡调节等抗逆反应,而敏感材料则更早地启动自噬生物学过程,并在后期大量上调蛋白水解生物学过程的相关基因。与Y34相比,M20具有更高水平的包括抗坏血酸氧化酶、过氧化物酶等在内的抗氧化酶基因、以及部分抗病和抗逆相关基因的基础表达量。(4)干旱胁迫下,接种AMF处理可以提高西瓜幼苗的叶片相对含水量和叶绿素含量,促进植株的生长,特别是促进根系的生长。干旱使得西瓜叶片的叶绿体超微结构发生明显改变并受到一定损伤,接种AMF处理缓解了干旱对叶绿体的伤害效应,同时降低了干旱对Pn,初始Rubisco酶活性,Fv/Fm,ΦPSⅡ,ETR和qP的抑制作用,并进一步提高了植株的瞬时水分利用效率和NPQ值。和非菌根植株相比,干旱条件下接种植株的SOD,CAT,APX,GR和MDHAR酶活性分别提高了23.47%,24.58%,10.28%,69.49%和25.85%,相关基因的表达水平也有所增加。因此,菌根植株MDA、O2-和H2O2的含量较低,而ASA/DHA和GSH/GSSG的比值也维持在相对较高的水平。所有这些综合效应使AMF最终增强了西瓜幼苗的抗旱性。(5)接种AMF能增加西瓜幼苗根系总表面积、总体积、分叉数和细小根系的比例,并提高根系活力。干旱胁迫下,西瓜幼苗根系MDA、H2O2和O2-大量积累。接种AMF诱导了根系抗氧化酶活性的提高,维持了抗氧化物质含量的正常水平并提高了其还原型和氧化型的比值,进而抑制了ROS的大量产生;同时还促进了根系可溶性糖和脯氨酸含量的积累。总之,接种AMF可以通过改善西瓜根系形态结构、增强根系抗氧化能力和渗透调节作用来提高西瓜幼苗对干旱胁迫的抗性。
明东风[3]2012年在《硅对水分胁迫下水稻生理生化特性、亚显微结构及相关基因表达的调控机制研究》文中指出水稻在营养生长阶段如遭受水分亏缺,则不利于形成壮苗,也将影响其后的生殖生长。水稻主动吸收并积累的硅元素对于水稻生长发育、抵御胁迫以及高产优质具有独特作用。在水分胁迫下,研究施硅对水稻植株生理生化特性的影响,有助于明确硅对水稻生长发育的调控机制,为水稻抗旱栽培和硅肥推广施用提供理论依据。目前国内外对此方面的相关研究相对较少,因而阐明施硅对水分胁迫下水稻生长的调控机理具有重要意义。本文以秀水11(水稻)和巴西陆稻(旱稻)为试验材料,利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分胁迫以及土壤干旱处理,采用生理生化指标测定、显微观测和基因表达分析等技术手段,研究施硅对水分胁迫下水稻苗期和拔节期植株生理生化特性、亚显微结构和相关基因表达的影响以及调控机制。所取得的结果如下：1.研究了在PEG诱导的水分胁迫下施硅对苗期水稻生理生化特性的影响。PEG胁迫抑制了苗期水稻对硅的吸收。施硅明显减轻了PEG胁迫下水稻叶片萎蔫程度,减缓了叶片和根系干物重、自由水含量、总含水量和相对含水量的下降。施硅对提高水分胁迫下巴西陆稻叶片含水量的效果优于秀水11。施硅提高了PEG胁迫下水稻植株的渗透调节能力,维持了较高的细胞膨压,改善了组织的水分状况。在PEG胁迫下,可溶性糖对水稻叶片渗透调节的贡献率最大,其次为K+；对水稻根系渗透调节能力的贡献率以K+最大,其次是可溶性糖；而脯氨酸和可溶性蛋白质在水稻渗透调节过程中的贡献较小。施硅明显降低了PEG胁迫下苗期秀水11和巴西陆稻的根和叶的相对电渗透率、丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子自由基(O2-)产生速率和过氧化氢(H202)含量。施硅降低了PEG胁迫下水稻超氧物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性峰值,但在胁迫后期有利于水稻维持较高的抗氧化酶活性。此外,施硅能明显延缓PEG胁迫下苗期水稻还原型谷胱甘肽(GHS)、抗环血酸(AsA)和类胡萝卜素(Car)含量的下降。施硅也减缓了PEG胁迫下水稻叶片叶绿素含量、光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(E)的下降,提高了水分利用率(WuE)。对水稻叶片叶绿素荧光动力学参数分析显示,施硅明显延缓了PEG胁迫下叶绿素最大荧光产量(Fm)、PSⅡ的最大量子产量(Fv/Fm)、稳态荧光产量(Fs)、光下最大荧光产量(Fm)、PS Ⅱ的有效光化学量子产量(Fv'/Fm')、实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、光合电子的相对传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)的下降。施硅能明显延缓PEG胁迫后期水稻呼吸速率的下降,尤其对叶片的效果更为显着。在PEG胁迫下,施硅在一定程度上能够提高水稻植株的根系活力并增大根系的活跃吸收面积。施硅还能延缓水分胁迫下苗期水稻根叶中总蛋白质、RNA、DNA以及脱落酸(ABA)的降解。2.分析了在土壤干旱胁迫下施硅对拔节期水稻生理生化特性的影响。秀水11的渗透调节能力要稍强于巴西陆稻,因而比巴西陆稻对土壤干旱胁迫的耐受表现更为良好。土壤水分亏缺明显抑制了水稻植株对硅元素的吸收。土壤干旱胁迫下,施硅能够提高水稻植株的渗透调节能力,增加植株干物重和含水量,改善水分状况,减缓细胞膨压的下降。土壤干旱胁迫下,在水稻渗透调节作用中主要的渗透调节物质为K+、可溶性糖以及NO3等,而脯氨酸和可溶性蛋白质等物质的贡献很小。硅的施用可明显降低干旱胁迫下MDA的产生、质膜破裂、O2-的生成速率和H2O2含量,延缓水稻叶片的抗氧化酶活性下降,提高水稻非酶促抗氧化剂的含量。施硅还能抑制干旱胁迫下叶绿素的降解,减缓水稻净光合速率和蒸腾速率的下降,提高植株的水分利用率。土壤干旱胁迫下,施硅提高了水稻根系活力和伤流速率。土壤干旱胁迫下,水稻植株的生理生化特性表现与PEG胁迫处理基本一致。3.探讨了在PEG胁迫下施硅对苗期水稻根系和叶片超微结构的影响。单纯PEG处理下,水稻叶绿体明显变形解体且数量下降,大多数叶肉细胞因失水而变形严重；而在硅与PEG共同处理下,叶绿体的形状则较为规则,叶肉细胞变形较轻,部分细胞仍能维持较为正常的形状。在单纯PEG处理下,发生细胞核解体的水稻根系细胞明显多于硅与PEG共同处理。施硅处理下的根系细胞壁均有所加厚,可能是施硅促进了根系木质化。4.研究了在PEG胁迫下施硅对苗期水稻涉及硅的转运与积累的蛋白、水孔蛋白以及胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)的基因表达水平的影响。施硅能增强硅结合蛋白和硅转运蛋白(含硅转入和转出两种蛋白)基因的表达,但其表达效果受到PEG的明显抑制。硅结合蛋白和硅转运蛋白基因在施硅初期能够大量表达,而随着处理进行其表达量呈逐渐下降趋势。秀水11植株中硅结合蛋白和硅转运蛋白的mRNA表达相对丰度与相对应器官的总硅含量呈显着正相关。施硅强化了PEG胁迫对水稻根系质膜上水孔蛋白的表达抑制。与对照相比,在PEG胁迫下,水稻LEA基因表达丰度显着增加,但施硅明显降低了胁迫下LEA基因的表达量。秀水11叶片中LEA蛋白基因表达量与叶片中ABA含量呈极显着正相关,与丙二醛含量、相对含水量和细胞膨压皆呈显着负相关。总之,在水分胁迫下,施硅能够增加植株含水量、改善组织水分状况,从而增强了植株抗干旱胁迫的能力,表现为光合作用等生理特性的改善。而抗干旱胁迫的能力的增强则主要基于施硅提高了水稻植株的渗透调节能力、质膜稳定性和根系活力等因素。
陆燕元[4]2010年在《干旱胁迫及复水过程中转Cu/Zn SOD和APX基因甘薯生理生化响应机制研究》文中研究说明甘薯淀粉含量高,增产潜力大,是世界第七大粮食作物,也是重要饲料和能源作物,对解决粮食短缺和能源危机具有重要意义。日益严峻的全球性的水分亏缺严重限制了甘薯的生长和产量。提高作物的抗逆性,实现有限水资源的高效利用和作物丰产成为了目前农业生产研究的热点和难点。因此,阐明干旱缺水条件下甘薯的生理生化适应机制,并通过基因工程手段培育耐旱新品种或对现有品种进行遗传改良,对增大粮食供给、提高甘薯的丰产潜力具有重要的理论和实践意义。基于此,本研究以转铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)基因甘薯(TS)和未转基因甘薯(NS)为试验材料,通过室内聚乙二醇(PEG 6000)介导的干旱胁迫处理试验,研究在不同程度的干旱及复水条件下转基因和未转基因甘薯光合系统参数、抗氧化防御系统以及根系水力导度的协同响应机制。随后,以室外盆栽控水的方式,进一步研究干旱及复水条件对甘薯生长、产量、收获指数以及水分利用效率的影响。主要研究结果如下:1、PEG介导的水分胁迫条件下,甘薯叶片的叶绿素含量(Chl)、光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)以及PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)均明显降低,且随胁迫时间的延长而持续降低。在水分胁迫初期的0-24 h期间,甘薯光合下降的主要原因是气孔导度下降导致的气孔限制,24 h后,非气孔限制成为主要影响因子。转基因甘薯叶片的Pn、Tr、Gs在各个胁迫处理中均比未转基因植株下降的幅度小,特别是在胁迫初期与未转基因植株之间差异显着。12和24 h胁迫后复水后,转基因和未转基因甘薯叶片的Pn、Tr、Gs值随复水时间的延长而持续升高,到复水后期(72 h),转基因植株基本能恢复到与对照无明显差异的(P>0.05)水平,而未转基因的恢复能力较弱。48和72 h胁迫后复水,各项光合参数回升缓慢,转基因和未转基因甘薯之间差异也不显着。说明转入的抗氧化酶基因在一定的干旱胁迫程度内不仅增强转基因甘薯在水分胁迫处理下叶片的光合能力,而且有效提高了其在复水过程中的修复能力。2、水分胁迫条件下转基因甘薯叶片质膜受伤害程度轻于未转基因植株,MDA含量、相对质膜透性和超氧阴离子含量提高的幅度明显低于未转基因植株;复水之后转基因植株叶片MDA和相对质膜透性也比未转基因植株下降较快,表明转入抗氧化酶基因不但提高了转基因植株忍耐氧化胁迫的能力,同时也增强了其修复能力。在水分胁迫下,甘薯叶片SOD和APX活性提高的幅度较大,而CAT活性则被抑制,复水后,SOD和APX活性呈现升高后降再升高的双峰变化趋势,CAT则呈缓慢回升的单峰趋势。在胁迫及复水过程中,转基因甘薯抗氧化酶活性均显着高于未转基因植株。说明转基因甘薯可能是通过显着增强这SOD和APX两个酶的活性,提高了其对水分胁迫的忍耐能力和修复作用。此外,当甘薯遭受的水分胁迫24 h或更长时诱导了甘薯“胁迫蛋白”的表达,可溶性蛋白含量提高,转基因甘薯的可溶性蛋白含量高于未转基因植株。可溶性蛋白可参与细胞渗透势的调节,对代谢酶和膜系统其保护作用,提高了甘薯对水分胁迫的抗性。3、通过对水分胁迫下甘薯幼苗根系导水性和抗氧化酶系统的研究表明,水分胁迫显着影响了甘薯幼苗根系的代谢活动,降低了根系的吸水能力。在水分胁迫初期,转基因甘薯导水率下降幅度显着低于为未基因植株,但水分胁迫持续48和72 h后,TS和NS根系水导均下降至近似于零。这可能是由于转入抗氧化酶基因通过显着增强抗氧化酶SOD、APX和CAT在水分胁迫条件下的表达,尤其是SOD、APX酶活性,以及提高了渗透调节物质的含量(可溶性蛋白含量),减轻了转基因幼苗植株在一定水分胁迫程度受到的氧化胁迫伤害,有效保护了根系的生理功能,使转基因甘薯根系吸水能力高于未转基因植株,复水之后也能够很快的恢复。但在严重的水分胁迫条件下,根系结构及功能受损严重,TS和NS根系导水率均近似于零,复水后也很难恢复。4、采用盆栽控水的方式,进一步研究转基因和未转基因甘薯在自然干旱条件下的形态及生理生化响应。与室内试验结果类似,土壤干旱处理使甘薯叶片的质膜受损,且受损程度与干旱胁迫程度成正比,但各水分胁迫条件下TS质膜受伤害程度均轻于NS。甘薯叶片SOD、APX和CAT抗氧化酶的变化也与室内结果类似,均在在土壤干旱处理下都有显着的升高,但随干旱程度加剧及复水进程,各抗氧化酶变化趋势不尽一致:SOD酶活性是随干旱程度的加大而进一步升高的,而APX和CAT在严重干旱条件下反而受到了抑制。复水之后,受到抑制的酶活性先升高,然后随复水时间的延长而逐渐降低,而SOD复水后呈逐渐降低的趋势。而且,抗氧化酶的活性在不同的干旱胁迫程度及复水下均高于未转基因植株。在土壤干旱条件下,甘薯主茎长度、分枝数的减少,但转基因甘薯主茎长度、分枝数以及绿叶数等均高于未转基因植株,说明前者可以减轻干旱胁迫对其造成的伤害,维持内在生理代谢活动的稳定,从而使植株生长受到的限制较轻。5、正常的灌水条件下转基因和未转基因甘薯的生物量及薯块产量均无明显差异。中度及重度干旱胁迫处理分别使转基因甘薯的地上生物量、总生物量分别降低了30.0和38.9%,而未转基因植株则分别降了38.2和47.8%,但TS和NS差异不显着,而两个干旱胁迫程度下TS根系生物量的增加幅度显着高于未转基因植株。干旱处理显着降低甘薯的薯块产量,在严重干旱处理下,甚至有部分植株根系不能膨大形成薯块,这可能是由于甘薯在干旱处理下把更多的光合产物分配转运至根系和冠部等原因。一定程度的干旱促进了甘薯水分利用效率的提高,但过于严重的干旱,则会降低WUE。转基因甘薯在生物水分利用效率上优于未转基因植株,但在产量水分利用效率上没有表现出优势。
孙骏威[5]2004年在《水稻根系、光合和抗氧化酶对干旱胁迫的反应》文中认为干旱缺水是世界农业面临的最大问题之一，据估计干旱造成的农业损失可与其它所有胁迫导致的损失的总额相当。因此抗旱早的生理机制和适应性正日益引起人们的兴趣。本研究以Azucena陆生水稻和IR 1552水生水稻为试验材料，通过土培、砂培控制地下水位、撇水和复水处理或PEG-6000模拟干旱等，研究了不同水稻品种产量、养分含量、根系生长情况、光合速率、叶绿素荧光参数和抗氧化酶系统活性等，目的在于阐明水分胁迫对根系和地上部分的协同影响，比较不同品种间耐旱能力的差异及导致这种差异的可能的生理生化原因，为水稻抗旱栽培和育种提供理论依据。 十培结果表明，随着地下水位的不断下降，两水稻品种的单株谷粒产量、干粒重、结实率、总干重均有不同程度的下降，但下降幅度有所不同。品种Azucena在地下水位为80cm时生育严重延迟，不能在冬天来临前结实，而品种IR 1552仍表现出了较好的结实率和总干重；品种Azucena植株的氮磷钾含量随着地下水位的下降而下降，而品种IR 1552却呈增加趋势。沙培的研究结果表明，随着地下水位的下降，两个品种根系参数表现各异。品种Azucena的不定根数比灌水对照下降明显，而品种IR1552与灌水对照相差很小；品种Azucena的最大根长、根冠比、叁条最长根的总根长、根尖数、根表面积和根体积均在25cm地下水位时表现最大；而品种IR1552在50cm地下水位时表现最大。 撤水处理的结果表明，随着时间的延续，净光合速率(Pn)逐渐下降，但最大光化学效率(Fv／Fm)并不随着胁迫的变化而变化。两品种的初始荧光(Fo)、PS Ⅱ有效光化学量子产量(F'v／F'm)、PSⅡ实际光化学量子产量((Φ_(PSⅡ)刚)和光化学猝灭(qP)均下降，但下降的幅度不一，品种IR 1552的下降幅度要低于Azucena。在干旱条件下，其SOD、CAT和POD活性逐渐上升，但上升的幅度上，品种IR 1552要胜于Azucena。土培、砂培和撤水处理的结果均表明，在严重干旱逆境下，品种IR 1552比Azucena更具抗旱性。 用PEG-6000模拟水分胁迫处理干旱敏感品种Azucena的结果表明，随着PEG处理浓度提高，Pn呈下降趋势，但各阶段起主导作用的因素不同。第一阶段，在10％PEG处理下Pn显着下降，色素和叶绿素荧光保持不变，气孔导度(Gs)和胞间CO_2浓度(Ci)反而上升，表明为非气孔因子限制光合速率；第二阶段，在15％PEG处理下色素和叶绿素荧光虽开始变化，Pn继续降低，并伴随Gs和Ci的下降而下降，因此气孔导度成为光合速率的主要限制因子；第叁阶段，在20％PEG处理下Pn继续降低，Gs虽下降，但Ci并没有进一步下降，而色素和荧光参数均进一步变劣，此时光合膜的损伤成为限制光合的主导因子。上述结果表明，严重水分胁迫虽使光合机构吸收和传递光能效率下降，但过剩的激发能仍可能导致活性氧积累：尽管水稻叶内启动了超氧物防御系统，但仍能导致光合器官受损及PS Ⅱ光化学活性降低。
刘海艳[6]2016年在《外源调节物质对水稻苗期和孕穗期干旱胁迫的调节效应》文中研究指明干旱是导致水稻产量降低的自然灾害之一。适宜的外源调控物质可有效缓解干旱对水稻造成的不利影响,同时也是保证水稻抗逆栽培有效途径之一。本文首先通过对水稻苗期干旱进行叁种外源调节物质不同浓度喷施效果比较,筛选出抗旱效果较好的外源物质。在此基础上,研究外源物质对早玉香粳、宁粳3号孕穗期干旱胁迫的调节效应。主要研究结果如下:1、通过盆栽试验,研究叁种外源物质硝普纳(SNP)、过氧化氢(H2O2)、油菜素内酯(BR)不同浓度处理对水稻苗期干旱胁迫的影响。结果表明,不同浓度的BR和SNP均有效果。通过模糊隶函数法得出,BR以0.5μM浓度效果最明显;SNP以1OOμM浓度为叁种外源物质中效果最好;0.11μM、1μM浓度的过氧化氢能提高水稻苗期的抗旱性,但达到10μM浓度时会对苗期干旱下水稻造成进一步伤害,产生毒害作用。适宜浓度的SNP、H2O2、BR均能够提高水稻苗期植株的抗旱性,且叁种外源物质影响植株体内NO和ABA的含量,可能是提高水稻干旱胁迫下抗氧化酶活性及水稻苗期抗旱性的原因。2、根据苗期试验确定SNP作为水稻孕穗期干旱胁迫下的外源调节物质。探究不同抗旱性水稻耐旱机理以及不同浓度NO对水稻孕穗期干旱胁迫的缓解效应及其机理。以旱稻早玉香粳和常规粳稻宁粳3号为试验材料,于孕穗期进行人工干旱,同时进行不同浓度外源NO喷施处理,研究NO对干旱胁迫下两种水稻的光合特性、生长特性和最终产量的影响。结果表明,两种类型的水稻对孕穗期干旱胁迫响应具有明显差异。两品种的产量在DS处理下较WT处理分别下降了 36.52%、50.83%,早玉香粳产量的损失低于宁粳3号。主要是由于在干旱条件下早玉香粳Pn显着高于宁粳3号的Pn,且复水后的Pn也较宁粳3号恢复快,利于产量形成。孕穗期干旱胁迫可抑制水稻的株高以及生物量的积累,降低净光合速率Pn、气孔导度Gs和蒸腾速率Tr,破坏叶绿素合成,胞间CO2浓度呈现先下降后上升,叶绿素荧光动力学参数F0、NPQ增加,Fv/Fm、qP减少,最终降低水稻单产。喷施不同浓度NO,在短期内抑制净光合速率Pn,并诱导气孔关闭,降低Tr;同时缓解Fo的增加以及Fv/Fm的降低;加快复水后水稻叶片光合功能的修复,显着提高两个水稻品种的穗粒数、结实率以及千粒重,从而提高了干旱下水稻单产。早玉香粳在外源喷施50 μMSNP时效果显着,每盆产量分别较干旱DS处理提高了 29.41%;宁粳3号在外源喷施100 μM SNP时效果显着,每盆产量分别较干旱DS处理提高了31.51%,而在光合方面,也是相对应的浓度下净光合速率较高。3、干旱胁迫下,水稻孕穗期叶片中SOD、CAT、POD等抗氧化酶活性增加,从而抑制MDA的产生;在干旱条件下,宁粳3号在干旱后期SOD活性下降,早玉香粳SOD一直维持较高活性。两个品种叶片中大量积累可溶性糖,维持细胞渗透势。ROS含量同样存在品种间差异,其中宁粳3号含量较早玉香粳高。外源NO增加了抗氧化酶活性,减少了 ROS和MDA的积累。且在复水后,外源NO处理的水稻叶片光合恢复较快,产量也显着高于干旱下未喷施NO的。
杨欢[7]2017年在《灌浆期高温干旱胁迫影响糯玉米籽粒产量形成的生理机制》文中提出高温干旱是南方玉米生产易遭遇的主要非生物逆境。本文以国家南方糯玉米区域试验对照品种苏玉糯5号和渝糯7号为材料,研究了灌浆期高温与高温干旱胁迫对糯玉米植株物质积累与转运,叶片光合、衰老与抗氧化酶活性,籽粒灌浆,可溶性糖、淀粉和蛋白质积累与相关酶活性以及内源激素含量的影响。主要结论如下:1干物质积累转运和籽粒灌浆灌浆期高温和高温干旱胁迫显着降低每穗粒数、粒重和产量,苏玉糯5号和渝糯7号高温下分别降低了 15.0%、19.4%、40.1%和15.9%、8.2%、26.8%,高温干旱下分别降低了 29.8%、30.7%、53.0%和28.2%、23.0%、47.4%,表明苏玉糯5号较渝糯7号对逆境胁迫敏感。灌浆期高温胁迫减少了花后干物质积累量、花后营养器官同化物转运量及其对籽粒产量贡献率,增加了花前营养器官转运量、转运率及其对籽粒产量贡献率,且高温干旱下胁迫加剧。灌浆期高温与高温干旱胁迫降低了籽粒干重、鲜重、鲜籽粒体积和籽粒含水率,表明灌浆进程受抑,灌浆期缩短,且高温干旱胁迫效应较大。2叶片光合特性灌浆期高温胁迫降低了叶片SPAD值、含水率、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和核酮糖二磷酸羧化酶活性,进而导致叶片光合速率、气孔导度、蒸腾速率、PSII潜在光化学效率和PSII原初最大光能利用效率降低,胞间CO2浓度和初始荧光上升。高温干旱胁迫对叶片光合特征参数影响大于高温胁迫。3叶片衰老叶片衰老过程中,可溶性蛋白、叶绿素和类胡萝卜素含量,抗氧化酶(过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶)活性先升后降,丙二醛含量逐渐升高。灌浆期高温与高温干旱降低叶片可溶性蛋白、叶绿素和类胡萝卜素含量及抗氧化酶活性,增加叶片丙二醛含量。高温干旱对叶片衰老相关参数影响大于高温胁迫。4籽粒组分积累与相关酶活性灌浆期高温胁迫下籽粒可溶性糖含量5-15DAP升高、20DAP降低,25-30DAP与常温相似,高温干旱胁迫下糖分积累显着受抑。高温胁迫下籽粒淀粉积累15DAP前较快,高温干旱胁迫下10DAP前淀粉积累较快,之后显着受抑。蛋白质含量10-15DAP前胁迫条件下较低,后期胁迫条件下增加且高温干旱胁迫下增幅较大。灌浆期高温与高温干旱胁迫显着影响籽粒组分合成相关酶活性。蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合酶(合成方向)活性在胁迫条件下显着降低且高温干旱下降幅较大,而蔗糖合酶(分解方向)活性15DAP前胁迫条件下升高,升幅渝糯7号高温干旱下较大,苏玉糯5号高温下较大,20DAP后各处理间无显着差异。ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶和淀粉分支酶活性在胁迫条件下均显着降低,且高温干旱胁迫下降幅较大。谷氨酰胺合成酶活性胁迫条件下显着降低且高温干旱下降幅较大。谷氨酸合酶活性各时期高温下显着升高,且5-10DAP高温干旱下升幅较大,后期表现因品种和年度而异。5籽粒内源激素含量灌浆期高温和高温干旱胁迫使籽粒中生长素、细胞分裂素和玉米素前期升高,后期降低。生长素前期升幅2014年度高温下较高,2015年度高温干旱下较高,后期降幅高温干旱下较大。细胞分裂素前期高温下升幅较大,后期降幅渝糯7号高温下较大,苏玉糯5号高温干旱下较大。玉米素前期升幅高温下较大,后期降幅高温干旱下较大。脱落酸含量胁迫条件下显着增加且高温干旱下增幅较大。赤霉素含量在各时期胁迫条件下亦显着升高,渝糯7号升幅前期高温下较大,后期高温干旱下较大,苏玉糯5号年度间表现不一。乙烯含量两品种高温干旱下各时期显着降低,高温下5-25DAP时高于对照。综上,灌浆期高温和高温干旱胁迫增加了籽粒败育数量,抑制了籽粒生长,缩短了籽粒灌浆期并降低粒重,进而降低籽粒产量。灌浆期高温和高温干旱胁迫通过降低叶片含水率、SPAD值、光合酶和抗氧化酶活性,抑制叶片光合作用,加快叶片衰老,减少光合同化物供应。灌浆期高温和高温干旱降低了淀粉合成相关酶,谷氨酰胺合成酶,蔗糖磷酸合成酶和蔗糖合酶(合成方向)活性,增加了蔗糖合酶(分解方向)和谷氨酸合酶活性;生长素、细胞分裂素和玉米素含量前期胁迫条件下显着升高,后期降低;而赤霉素和脱落酸含量胁迫条件下显着升高,乙烯含量高温干旱胁迫下显着降低,高温胁迫下5-25DAP时高于对照。籽粒组分合成酶活性和内源激素含量的变化使籽粒淀粉积累受抑。总体上,叶片光合和衰老、物质积累、籽粒灌浆、组分积累在高温干旱胁迫下受抑较大。
傅友强[8]2016年在《干湿交替诱导水稻根表红棕色铁膜形成的生理与分子机理》文中研究说明干湿交替是协调水稻根际水分与氧气供应的一种重要农艺措施。干湿交替在稻田中的应用,能够显着提高水稻的根系活力,有利于水稻高效、高产、优质的形成。根表铁膜是水稻适应逆境环境下形成的天然屏障,对促进营养元素的高效吸收和阻隔有害重金属元素向稻米籽粒运输发挥着重要作用。在稻田进行干湿交替灌溉过程中,水稻根表也会形成铁膜。然而,干湿交替诱导水稻根表铁膜形成的生理与分子机理并不清楚。本文从铁膜的组成与影响因素出发,探讨了干湿交替影响根表红棕色铁膜形成的生理过程、根系基因差异表达谱和根表红棕色铁膜形成的分子机理。具体研究结果如下:(1)化学分析表明,根表铁膜主要由无定型态和结晶态铁组成,占根表总铁的84%以上,且主要以Fe3+为主,占70%以上。正常磷处理条件下,水稻根表铁矿物主要以磷酸铁为主;缺磷处理条件下,水稻根表铁矿物主要以氧化铁或氢氧化铁为主。水稻根表铁膜由红棕色铁膜和非红棕色铁膜组成。磷素、特别是磷铁比显着影响根表红棕色和非红棕色铁膜的形成。当磷铁比小于1:3时,随着根际磷铁比的降低,根表红棕色铁膜数量增加。(2)干湿交替促进根际氧化还原电位(Eh)的上升,Eh值从314.2 m V上升到529.5 m V;降低p H值,p H值从5.53下降到3.43;且干湿交替降低溶液中Fe2+浓度,其值从310.6μmol/L下降到31.5μmol/L。(3)不同干湿交替强度和次数处理表明,干湿交替强度为12 h干旱和12 h淹水处理、且干湿交替处理5次时,水稻根系氧化力最大,达1036.73μg/h/g DW,比长期淹水对照增加了16.8%。干湿交替处理明显增加水稻根系抗氧化酶活性,随着干湿交替处理次数的增加,根系抗氧化酶活性如超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)分别比对照增加了24.6-38.4%、22.2-27.1%、21.2-21.5%和3.6-10.4%;根系内源氧化性物质如超氧阴离子(O2-·)和过氧化氢(H_2O_2)含量分别比对照增加了14.5-30.0%和29.0-35.7%。(4)为了研究H_2O_2在铁膜形成过程中的作用,研究了H_2O_2抑制剂(DMTU:二甲基硫脲,为H_2O_2清除剂;CAT:过氧化氢酶,为H_2O_2水解酶;AT:3-氨基-1,2,4-叁唑,为CAT抑制剂)对水稻根表铁膜形成的影响。结果表明,DMTU处理的水稻根系内H_2O_2含量、根系氧化力和根表DCB-Fe数量分别比不加抑制剂处理的相应值降低了27.2%、19.8%和18.4%;AT处理的水稻根系H_2O_2含量、根系氧化力和根表DCB-Fe数量则分别增加了31.8%、22.8%和26.7%;外源CAT添加处理降低了根表氧化性物质,DCB-Fe的数量减少了24.5%。(5)为了探究H_2O_2的可能来源,我们对长期淹水(CK)、干湿交替(AWD)、长期淹水加Fe2+(CK+Fe)和干湿交替加Fe2+(AWD+Fe)处理条件下的水稻根系进行了基因差异表达谱分析。我们对四个数据库(AWD/CK、(AWD+Fe)/(CK+Fe)、(CK+Fe)/CK和(AWD+Fe)/AWD)进行聚类分析发现,有3822个差异表达基因参与了干湿交替和铁膜的形成过程。其中,AWD/CK(506上调和687下调)中的差异表达基因多于(AWD+Fe)/(CK+Fe)(308上调和179下调),表明铁膜形成后会恢复部分基因的表达水平。与AWD/CK和AWD+Fe/AWD处理相比,(CK+Fe)/CK(728上调和1175下调)和(AWD+Fe)/AWD(1252上调和1189下调)有较多的差异表达基因。(6)利用GO(Gene Ontology)对四个数据库中差异表达基因进行功能分类,发现有270个差异表达基因参与了氧化还原反应过程,165个差异表达基因与氧化还原酶功能有关。利用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)对四个数据库中的差异表达基因进行生物通路富集分析,结果发现,差异表达基因主要分布在代谢通路、生物合成通路、光合作用通路、信号刺激通路和细胞器通路。利用维恩图分析差异表达基因的整体分布,发现四个数据库中有38个共同差异表达基因,这些基因的蛋白注释,表明它们与水稻抗病性、抗旱性、细胞壁和细胞膜、氧化还原、蛋白激酶和转运、新陈代谢过程有关。AWD与CK相比,氧化还原反应过程中差异表达基因最多,达102个基因,占总差异表达基因数的8.25%,其中30个基因上调表达,72个基因下调表达。荧光定量PCR结果与基因表达谱分析结果基本一致,两者的线性回归分析发现,其相关系数达到0.90。干湿交替处理促进了水稻根系乙醇酸氧化酶基因(OsGLO)的表达,水稻根系OsGLO3和OsGLO4表达量分别是对照的2.2倍和2.7倍,表明,OsGLO参与了氧化还原反应过程,OsGLO可能受干湿交替诱导。(7)OsGLO生物信息学分析表明,OsGLO家族有6个成员,其中OsGLO1、OsGLO3、OsGLO4和OsGLO5编码蛋白序列的保守结构域类似。除了OsGLO5外,OsGLO1、OsGLO3和OsGLO4的氨基酸序列和核酸序列相似性均大于70%,并且具有较高的同源性和较近的进化程度。OsGLO1和OsGLO4编码蛋白质的理化性质基本相似,且两者在各组织中的表达丰度相对较高。有趣的是,OsGLO4在水稻根和茎中表达丰度最高,是OsGLO1的1.36倍。因此,在下述试验中,我们选择了OsGLO4基因作为研究对象。(8)为了研究OsGLO4基因在水稻根表铁膜形成过程中的影响,通过合作研究,我们获得了水稻OsGLO4基因的干涉材料(OsGLO4-RNAi)和超表达材料(OsGLO4-OX)。结果表明,在正常生长条件下,与WT相比,OsGLO4-RNAi水稻根系中OsGLO4基因表达量、乙醇酸氧化酶活性和DCB-Fe含量分别下降了35.6%、70.9%和16.5%。OsGLO4-OX水稻OsGLO4基因表达量、乙醇酸氧化酶活性和DCB-Fe含量分别上升了103.4%、101.6%和15.2%。利用GLC(乙醇酸,乙醇酸氧化酶促进剂)和HPMS(α-羟基-2-吡啶甲磺酸,乙醇酸氧化酶抑制剂)对OsGLO4-OX水稻根表铁膜进行研究,结果发现,与对照相比,GLC处理水稻根表铁膜数量增加了10.9%,HPMS处理水稻根表铁膜下降了29.7%,表明,水稻OsGLO4基因调控了根表铁膜的形成。(9)另外,我们还研究了DMTU和AT对WT和OsGLO4-OX材料根表铁膜数量的影响。结果发现,与不加抑制剂处理相比,DMTU处理的WT和OsGLO4-OX材料根表DCB-Fe分别下降了17.5%和18.4%;AT处理水稻根表DCB-Fe分别增加了23.4%和25.7%。正常处理的水稻根系基部H_2O_2含量比根尖增加了72.6%,其CAT活性比根尖下降了32.3%,且根基部有大量红棕色铁膜,而根尖无明显红棕色铁膜出现;AT处理的水稻根系基部H_2O_2含量与根尖相比下降了28.0%,根基部红棕色铁膜明显少于根尖。随着干湿交替次数的增加,根系OsGLO4基因表达量逐渐增加,乙醇酸氧化酶活性最大增加了55.9%,H_2O_2荧光染色显示,干湿交替诱导了大量的H_2O_2在根表分泌,有趣的是,在水稻根尖和根系中柱细胞也发现大量H_2O_2的累积。综上所述,干湿交替提高了水稻根系活力,提高根际Eh,降低溶液中的p H和Fe2+浓度,增加Fe2+的氧化,促进根表红棕色铁膜的形成,根表红棕色铁膜的形成是一个生物介导的根际生理与生化综合过程。干湿交替增加OsGLO4基因表达,增加乙醇酸氧化酶的活性,累积较多的H_2O_2,提高根系氧化力,OsGLO4基因促进了水稻根表红棕色铁膜的形成。
王勇[9]2016年在《酸枣适应干旱的生理特征和氧化还原特征物质研究》文中指出陕北黄土高原是典型的干旱半干旱区,其严重的水土流失和生态退化制约了当地的经济发展。植被建设是该地区控制水土流失和促进生态恢复关键措施,而水分又是当地植被恢复的主要限制因子。乡土物种以自身较强的环境适应性在生态恢复中起着重要的作用。酸枣(Ziziphus jujuba Mill.var.spinosa(Bunge)Hu ex H.F.Chow)是黄土高原主要的乡土物种之一,广泛分布在黄土高原各个区域。种植酸枣既能满足黄土高原生态恢复和水土保持的要求,其巨大的药用价值又能兼顾经济发展的需要。因此,研究酸枣对干旱环境的响应机制和生理生态适应性,具有重要的理论和实践意义。本研究选取了分别生长在干旱半干旱气候区(陕北延安)和湿润半湿润气候区(杨凌)的酸枣作为研究对象。分别从叶片形态解剖、生长、光合、活性氧(ROS)代谢、抗氧化物质、以及氧化还原特征物质代谢调控等方面,研究了两种源酸枣对干旱胁迫的响应、调控和适应等过程的相同与差异。本研究对揭示酸枣适应干旱的生理生态学机制和策略具有重要的意义。主要结论如下:(1)比较种植在同一环境下的陕北源酸枣和杨凌源酸枣叶片形态、解剖学特征,结果表明,陕北源酸枣具有较小的单叶面积、较大的叶片厚度、较高的栅栏组织比例和较厚表皮角质层等与干旱适应性相关的特征;此外,陕北源酸枣还表现出典型的干旱区植物叶片所具有气孔密度和分化指数较大的特征。对两种源酸枣施加相同程度的干旱胁迫,结果表明,干旱对杨凌源酸枣的生长、生物量积累、叶片相对含水量,以及耗水量和水分利用效率的影响大于陕北源酸枣;而陕北源酸枣表现出较低的生长速率,但较高的水分利用效率。以上结果均表明长期生长在陕北黄土丘陵地区的酸枣对干旱环境具有较强的适应性。(2)陕北源酸枣具有较高的光饱和点(LSP)是对黄土高原高光辐射因子的适应。干旱条件下,陕北源酸枣的光合响应特征参数:表观量子效率(AQY)和光补偿点(LCP)未受显着影响,LSP和最大净光合速率(Pn max)下降幅度小于杨凌源酸枣,暗呼吸速率(Rd)则大幅下降;这些光合参数变化表明陕北源酸枣光合系统对干旱的适应性要强于杨凌源酸枣。在干旱胁迫过程中,两种源酸枣光合速率下降主要由于气孔限制引起,但在干旱后期非气孔限制因素增加。叶绿素荧光分析显示陕北源酸枣叶片在干旱下具有较高的非光化学淬灭系数(NPQ)值,表明陕北源酸枣光系统具有高效的自我保护机制来避免光系统损伤,从而表现出较高的光化学反应特征和水分利用效率。在单叶水平上,陕北源酸枣表现出低耗水、低光合、高水分利用效率,以及在光系统上表现出高效的干旱适应性,与干旱下的生长参数及结论一致。(3)干旱下陕北源酸枣叶片内ROS水平受影响程度小于杨凌源酸枣;停止浇水后,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)在两种源酸枣中均表现出的活性均增强,且种源之间无显着差异。陕北源酸枣在干旱下表现出较高过氧化物酶(POD)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性。干旱下除了类胡萝卜素(Car)含量外,抗坏血酸(ASC)(杨凌酸枣在第9 d)、谷胱甘肽(GSH)、总黄酮,以及脯氨酸等非酶抗氧化剂含量均在停止供水后12 d时含量达到最大;恒定干旱胁迫(维持土壤相对含水量在35%-40%)后,非酶抗氧化剂含量均恢复至对照水平。干旱下GSH、Car、黄酮类和脯氨酸等物质积累在陕北源酸枣中高于杨凌酸枣。以上结果显示相同干旱程度下陕北源酸枣表现出较强的抗氧化酶活水平和更多的抗氧化物质积累,对于维持低水平的ROS有重要作用,反映了酸枣对陕北干旱环境的适应机制。(4)随着干旱的持续,两种源酸枣ASC库逐渐消耗,在胁迫后期杨凌酸枣消耗显着大于陕北源酸枣;脱氢抗坏血酸(DHA)和总抗坏血酸含量变化暗示ASC处于降解和还原并存的动态平衡过程;ASC/DHA显示陕北源酸枣组织氧化还原响应早于杨凌源酸枣。GSH和氧化型谷胱甘肽(GSSG)变化表明胁迫初期陕北源酸枣细胞内处于还原状态,而杨凌源酸枣处于氧化状态;随着胁迫持续,GSH、GSSG和总谷胱甘肽含量变化表明陕北源酸枣维持GSH库能力强于杨凌酸枣;胁迫后期,细胞内总巯醇水平下降也表明细胞遭受氧化胁迫,且杨凌酸枣较陕北源酸枣严重。随着胁迫持续,辅酶I(II)(NAD(P)H)库先增加再消耗;胁迫末期,NAD(H)和陕北NADP(H)趋于恢复,而杨凌酸枣NADP(H)库变小,可能发生降解或库补充受抑制,与氧化胁迫严重程度相关。(5)根据酸枣近缘植物相关基因的保守序列设计简并引物,获得了参与ASC和GSH代谢的部分关键酶APX、MDHAR、DHAR、G R、GST、GPX、Gal LDH、?-GCS及定量PCR所需的内参GAPDH等基因片段。并在Gen Bank中注册,获得登陆号:GPX(KP663413)、GST(KP663414)、?-GCS(KP663415)、MDHAR(KP663416)、GAPDH(KP663417)、GR(KP663418)、APX(KP663419)、Gal LDH(KP663420)、DHAR(KP663421)。(6)干旱胁迫下,APX在陕北源酸枣中转录上调早于杨凌源酸枣,但杨凌源酸枣MDHAR和DHAR的转录响应早于陕北源酸枣;GR、GST、GPX、Gal LDH和?-GCS都受到胁迫的诱导,在第4 d后转录上调;整个处理过程中,杨凌酸枣的m RNA总体水平高于陕北源酸枣(APX除外)。干旱下,ASC和GSH代谢相关酶活结果多数与其基因m RNA水平变化不一致。其中,陕北源酸枣在胁迫下表现出相对较杨凌酸枣高的单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和GR活性,表明干旱区酸枣利用ASC-GSH循环途径维持细胞氧化还原的特点。(7)干旱胁迫下,酸枣幼叶和根系ROS水平比成熟叶片变化剧烈,且根系ROS响应早于叶片;根系中SOD酶活和ASC-GSH循环途径上的酶活(APX、DHAR、MDHAR和GR)均高于叶片中的活性,这与根系低H2O2浓度密切相关;CAT和POD在成熟叶片中表现出高活性。胁迫48 h,所有组织中SOD、CAT、DHAR、MDHAR和GR的酶活性均加强。NAD(P)库对胁迫响应要早于ASC库,并早于GSH库。根系NAD(P)库对胁迫响应大于叶片,而叶片中ASC库响应大于根系。GSH库对胁迫的响应主要发生在叶片24 h后。综上所述,我们发现酸枣幼苗根系与叶片,生长旺盛部位与成熟部位对胁迫的响应存在差异。(8)通过外源添加还原型物质(ASC、GSH、二硫苏糖醇(DTT))或氧化型物质(DHA、GSSG),以及GSH合成抑制剂L-丁硫氨酸-亚砜亚胺(BSO)改变酸枣愈伤悬浮细胞培养体系里氧化还原环境,结果表明:氧化型物质(尤其GSH合成抑制剂BSO)处理对酸枣悬浮细胞的生长、代谢影响大于还原型物质处理。总游离氨基酸,包括在干旱下响应的脯氨酸、?-氨基丁酸,以及多胺等代谢物均在氧化型物质处理下得到积累;可溶性糖、糖醇、黄酮类物质儿茶素,以及萜类物质柠檬烯和合成途径上的3-羟基-3-甲基戊二酸均在不同的氧化型物质处理下得到不同程度的积累;总体表现出不同代谢物的积累对不同氧化型物质处理的响应存在差异。
李清明[10]2008年在《温室黄瓜（Cucumis sativus L.）对干旱胁迫与CO_2浓度升高的响应与适应机理研究》文中提出基于干旱胁迫普遍存在和全球CO_2浓度升高的事实以及设施栽培CO_2“施肥效应”的认识,本试验选择保护地专用黄瓜品种津优1号为研究对象,于2006年至2007年在西北农林科技大学园艺学院实验模型温室内进行,主要通过在大气CO_2浓度(380±10μmol/mol)和CO_2浓度升高(760±20μmol/mol)条件下,利用PEG 6000模拟根际干旱胁迫(营养液,对照;营养液+5% PEG 6000,中度干旱胁迫;营养液+10% PEG 6000,重度干旱胁迫)条件,对黄瓜幼苗生长发育状况、叶片显微和超微结构、光合气体交换参数、光化学效率、非结构性碳水化合物代谢及其相关酶活性变化、活性氧的产生及抗氧化保护系统等开展了一系列深入研究和探讨,主要取得了如下研究结果:1干旱胁迫与CO_2浓度升高对黄瓜幼苗生长发育的影响干旱胁迫显着降低了黄瓜幼苗的株高、叶面积、叶面积比率和相对生长速率,而提高了根冠比和壮苗指数,对茎粗、干重等均产生了不同程度的影响,尤其是重度干旱胁迫严重抑制了幼苗的生长发育,使生物量积累受到显着影响。干旱胁迫下黄瓜幼苗根冠比的增加并非是由于根干重的增加引起,而是地上部相对降低较多的结果。高CO_2浓度尽管对茎粗、根干重、根冠比(中度干旱胁迫除外)、壮苗指数以及叶面积比率无显着影响,但是能够显着增加株高、叶面积、地上部干重以及相对生长速率RGR。2干旱胁迫与CO_2浓度升高对黄瓜幼苗叶片显微和超微结构的影响干旱胁迫下黄瓜幼苗叶片厚度降低,而高CO_2浓度下叶片厚度增加。干旱胁迫使叶肉细胞的叶绿体数目均显着减少而体积增大,高CO_2浓度却使其叶绿体数目增加而体积不变。干旱胁迫和高浓度CO_2条件下黄瓜叶片的淀粉粒均显着积累且体积增大。干旱胁迫使叶绿体膨胀变圆,基质变淡,基粒厚度显着降低且数目减少,类囊体肿胀,基粒片层和基质片层变模糊,部分被膜破裂解体,出现大而多的嗜锇颗粒。而高CO_2浓度通过增加基粒厚度和基粒片层数从而在一定程度上促进叶绿体类囊体的发育。干旱胁迫总体上增加了气孔密度而降低了气孔开张比,气孔变小,气孔开张度降低。高CO_2浓度不但降低了气孔密度,而且也使气孔变小,气孔开张比和开张度降低,同时远轴面的气孔密度和开张比显着大于近轴面。3干旱胁迫与CO_2浓度升高对黄瓜幼苗光合气体交换参数的影响干旱胁迫显着降低了黄瓜幼苗叶片的光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO_2浓度,而CO_2倍增对光合速率的提高和蒸腾速率的降低共同导致植物的水分利用效率提高。干旱胁迫显着降低了表观量子效率和光饱和的最大同化速率,提高了光补偿点和CO_2补偿点而将低了光饱和点;同时显着降低了羧化效率、呼吸速率、CO_2饱和同化速率、最大羧化速率、光饱和电子传递速率、磷酸丙糖利用率和叶肉导度。但是在高CO_2浓度条件下,上述光合作用响应曲线的参数与干旱胁迫下呈现相反的变化趋势,对光合作用具有正面的促进作用。因此干旱胁迫条件下气孔因素和非气孔因素共同导致了黄瓜幼苗光合作用的降低,而高CO_2浓度在本质上也是通过气孔和非气孔因素共同维持和促进黄瓜的光合作用,使其生长发育以及物质代谢和能量循环的正常进行,从而部分地减轻或避免干旱胁迫造成的危害。4干旱胁迫与CO_2浓度升高对黄瓜幼苗光化学效率的影响干旱胁迫下调了黄瓜幼苗叶片的光合能力和电子传递速率,而CO_2浓度升高能够提高光系统Ⅱ最大量子产量、光化学淬灭系数和饱和的光合有效辐射和降低非光化学淬灭系数,从而在一定程度上能够减轻干旱胁迫诱导的负效应,同时这4个叶绿素荧光参数可用来估计干旱胁迫和高CO_2浓度对黄瓜幼苗光化学效率的互作效应。5干旱胁迫与CO_2浓度升高对黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢及相关酶活性的影响CO_2浓度升高提高了黄瓜叶片中非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖和水苏糖)的含量,从而降低细胞的渗透势,防止细胞内大量的被动脱水,以维持细胞膨压,增强对水分胁迫伤害的抵御能力。随着干旱胁迫时间延长,SS、可溶性酸性转化酶和可溶性碱性转化酶活性先增加后降低,根系可溶性酸性和碱性转化酶则一直增加,而SPS先降低后升高。高CO_2浓度可提高SS活性而降低SPS活性,与转化酶协同作用,共同促进蔗糖的分解代谢,抑制蔗糖的合成代谢,从而提高己糖的积累,降低细胞渗透势,促进细胞在干旱胁迫下吸水,维持一定的生长势。6干旱胁迫与CO_2浓度升高对黄瓜幼苗渗透调节、活性氧代谢及其清除系统的影响随干旱胁迫时间延长和程度加剧,叶片积累大量的脯氨酸和可溶性蛋白质,在处理前期速度较快,随胁迫时间延长,积累速度有所减缓,可溶性总糖含量出现下降趋势,说明渗透调节幅度是有限的,调节作用是暂时的。随着干旱胁迫时间延长和程度加剧,质膜透性增大,MDA含量升高,活性氧积累,细胞膜受到破坏,因自由基产生过多,体内自由基不能被完全清除而造成自由基的累积,从而会危害幼苗的正常生理功能。而高CO_2浓度可以不同程度地减轻干旱胁迫下活性氧的积累,从而减轻干旱胁迫对细胞膜造成的伤害,使质膜相对透性降低,MDA含量减少。保护酶(SOD、POD、CAT、APX和GR)活性总体而言是随干旱胁迫时间延长和强度增大而呈现升高的趋势,抗氧化剂AsA和GSH含量随干旱胁迫时间延长和强度增大而显着升高,因此活性氧的逐渐积累可以诱导保护酶活性的渐增,以便及时清除过量的活性氧积累,从而维持黄瓜幼苗的正常生长发育或避免大量活性氧的积累造成不可逆的伤害。而高CO_2浓度能够增强酶促与非酶促清除系统对活性氧的清除能力,在一定程度上可以减轻或避免大量活性氧积累造成的伤害。
参考文献：
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