耐鹽植物鹽芥吸鉀排鈉的生理機制及基因調(diào)控網(wǎng)絡研究.pdf

1、土壤鹽漬化(soil salinization/salination)或者鹽脅迫(salt stress)是使農(nóng)業(yè)作物的產(chǎn)量降低或者作物不能生長的現(xiàn)象，土壤鹽漬化影響植物的生理生化指標，如抑制種子萌發(fā)率、破壞離子平衡（如Na+/K+平衡）、細胞功能、抑制植株高度、干重、產(chǎn)量、改變糖和氨基酸等代謝物質含量、抗氧化物酶活性等，影響著農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質，因此鹽漬化正嚴重限制著我國乃至世界的農(nóng)作物產(chǎn)量提升及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。Na/K+失衡是土壤鹽漬

2、化最明顯的表現(xiàn)之一，土壤鹽漬化導致的Na+/K+失衡破壞植物體內(nèi)原有的離子平衡，因而破壞Na+、K+各自所參與的代謝，如維護細胞膜電位、調(diào)控酶活性等。本研究通過對擬南芥哥倫比亞型（Arabidopsis haliana，Columbia，Col）、高水楊酸生態(tài)型(Cape Verde Islands，Cvi-0)、抗鹽脅迫能力較強的鹽芥（Thellungiellasalsuginea，鹽芥）和低水楊酸的NahG轉基因植物為實驗材料，采用

3、鹽脅迫(100 mMNaCl)、水楊酸(SA，0.5 mM)和SA的抑制劑多效唑(PBZ，0.5 mM)預處理、結合消減雜交以及轉錄組測序等技術手段探究鹽芥吸鉀排鈉—耐鹽脅迫的生理機制，以及水楊酸在其中起到的關鍵作用。本文得到的主要結果如下:
　　(1)缺乏水楊酸的植物耐鹽脅迫，但并非通過吸鉀排鈉的生理機制
　　利用哥倫比亞型Col、高水楊酸生態(tài)型Cvi-0和NahG轉基因材料為實驗材料，分別用100 mM Na+和100

4、mM K+脅迫處理擬南芥，并檢測鹽脅迫對葉面積（第3片真葉）、葉片數(shù)、植株含水量、植株鮮重、Na+、K+含量的影響，結果顯示100 mM Na+和100 mM K+脅迫后，三個品種中葉面積、葉片數(shù)、植株含水量、鮮重都有不同程度的下降，并且100 mM Na+處理顯著增加植株Na+含量(p＜0.01)，降低K+含量(p＜0.05)，而100 mM K+脅迫后，植株體內(nèi)K+含量升高(p＜0.01)，Na+含量降低(p＜0.05)。比較哥倫比

5、亞型Col、生態(tài)型Cvi-0和NahG轉基因材料中以上指標的變化程度，顯示NahG中的生理生化指標受鹽脅迫的影響程度最小，表明NahG轉基因材料的抗鹽脅迫能力較強。但NahG轉基因植物耐鹽并非通過吸鉀排鈉的生理機制，其K+含量與Col并無顯著差異，推測其耐鹽機制可能與其抗氧化能力較強有關。
　　(2)水楊酸通過促進吸鉀排鈉提高植物的耐鹽性
　　以擬南芥和鹽芥為實驗材料，分別用0.5 mM SA和0.5 mM PBZ預處理后，

6、再用100 mM NaCl脅迫處理，檢測植株含水量、Na+、K+含量，活性氧檢測（H202染色法）、可溶性糖濃度、丙二醛(MDA)含量、電導率的變化。結果顯示SA處理使鹽脅迫導致的植株含水量下降幅度減緩(p＜0.05)。鹽脅迫還造成可溶性糖濃度下降(p＜0.05)、MDA含量上升(p＜0.05)、電導率上升(p＜0.01)、活性氧含量升高。而這些參數(shù)在SA處理下變化幅度減小，表明SA處理后植株的抗鹽脅迫能力增強。而PBZ預處理可部分逆轉

7、SA的作用。SA處理能夠顯著緩解鹽脅迫下的Na+含量上升(p＜0.05)，同時促進K+吸收(p＜0.05)，而PBZ抑制SA的作用，所以SA緩解鹽脅迫的機制與其“吸鉀排鈉”作用有關。
　　鹽芥本身對鹽脅迫有很強的抗性，在鹽脅迫下K+含量顯著高于擬南芥(p＜0.05)，而Na+含量顯著低于擬南芥(p＜0.05)。SA可以進一步促進鹽芥吸鉀排鈉的能力，而PBZ抑制這種能力。
　　(3)鹽脅迫擬南芥轉錄組測序及消減雜交分析

8、　　通過對鹽脅迫前后擬南芥和鹽芥的轉錄組測序和生物信息學分析，利用消減雜交(SSH)技術篩到鹽芥中的特異性高表達的基因。對差異表達基因的GO(GeneOntology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pathway富集分析表明它們主要與激素應答、氧化酶活性、脅迫反應等相關，并且擬南芥和鹽芥差異表達的基因所屬代謝通路不盡相同，如擬南芥中的差異基因富集在P53、自噬、FoxO等通

9、路上，而鹽芥中與鹽脅迫相關基因顯著富集在NF-kB、HIF-1、MAPK、戊糖磷酸等途徑上。當然擬南芥和鹽芥差異表達的基因也富集在一些共通的代謝通路上，如氨基酸代謝、糖代謝、以及植物激素信號轉導等。
　　另外我們還篩選到一批鹽芥特有的差異表達的基因，如C2H2和WRKY轉錄因子和脫落酸(ABA)信號相關基因。SA通路代表性基因NPR1和PR1在鹽脅迫后擬南芥中的表達量降低(Fold change，F(xiàn)C＜1)，而在鹽脅迫后鹽芥中的表