菊芋耐鹽生理分析及脯氨酸代謝對鹽脅迫的響應.pdf

1、本研究以兩個菊芋(HelianthustuberosusL.)品種南芋一號(NY-1)和青芋二號(QY-2)為試驗材料，采用砂培方式探索兩菊芋品種耐鹽能力的差異。設置0，30，60，90，120，和150mMNaCl處理，研究了NaCl脅迫對兩菊芋品種生物量累積，生長，光合能力，K+和Na+吸收與分布，質膜和液泡膜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，研究了不同濃度外源KNO3對150mMN

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

3、能的脯氨酸轉運蛋白(HtProT1和HtProT2)，并對其在NaCl脅迫下的表達模式進行探討。本研究為深入探索菊芋耐鹽機理提供參考依據(jù)，為進一步發(fā)掘菊芋抗逆基因奠定工作基礎。主要研究結果如下:
　　1.不同濃度NaCl處理降低了南芋一號和青芋二號的生物量。相同處理下，南芋一號干重的下降程度高于青芋二號。隨著NaCl濃度的升高，兩菊芋品種的葉片擴展率呈下降趨勢。與南芋一號相比，青芋二號保持較高的葉片相對擴展率，表明相同脅迫條件下，

4、青芋二號保持著更好的葉面擴展能力。與對照相比，隨NaCl濃度的升高，南芋一號葉中葉綠素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，青芋二號葉綠素a，葉綠素b以及類胡蘿卜素含量均顯著提高。總體上，與對照相比，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NaCl處理時，南芋一號和青芋二號保持相同水平的Pn。隨NaCl濃度的增加，兩菊芋品種Pn均呈下降趨勢。相同濃度NaCl處理下，青芋二號

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

6、芋一號和青芋二號根中質膜和液泡膜的H+-ATPase活性。h+-ATPase活性表現(xiàn)出下降的趨勢。相同濃度NaCl處理下，南芋一號比青芋二號保持更高的質膜和液泡膜H+-ATPase活性。150mMNaCl脅迫下，適宜濃度的外源KNO3提高了南芋一號和青芋二號地上部和地下部的K+/Na+，同時改善了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，南芋一號根中脯氨酸含

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

8、徑。應用電子克隆技術，比對菊科植物EST數(shù)據(jù)庫克隆得到HtP5CSl，HtP5CS2，HtOAT，HtPDH1和HtPDH2。登錄號分別為:KC700610，KC700611，KC700612,KC700613，和KC700614。生物信息學分析表明，克隆得到的菊芋脯氨酸代謝5個關鍵基因與經功能驗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、個關鍵基因在轉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作用。HtPDH2受NaCl脅迫的抑制，其變化趨勢與PDH酶活性變化趨勢一致，因此推測HtPDH2在脯氨酸降解過程中起主導作用。脯氨酸含量隨NaCl脅迫時間的增加顯著上升，但主導脯氨酸合成的谷氨酸途徑上的關鍵酶P5CS上升趨勢緩慢，推測菊芋中存在促進脯氨酸迅速累積的脯氨酸轉運途徑。克隆得到兩個編碼脯氨酸轉運蛋白的基因HtProT1和Ht