Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| DOI | 10.27204/d.cnki.glzhu.2021.000909 |
| 盐及干旱条件下红砂水分平衡维持机制初探 | |
| 苏家豪 | |
| 出版年 | 2021 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 干旱和盐渍化是制约农业生产的重要因素,盐生旱生植物长期生存在戈壁荒漠等恶劣环境中,拥有独特的抗盐耐旱机制,对其展开深入研究将为牧草及农作物抗逆性改良提供理论基础。红砂(Reaumuria soongorica)是柽柳科红砂属的一种极度耐盐抗旱半灌木,广泛分布于我国西北地区,是荒漠植被中的优势种。我们前期研究发现,在Na Cl胁迫和渗透胁迫下,红砂的盐腺表面均存在Na~+的外排和H~+的内流,尤其是在渗透胁迫下,即使介质中只有痕量的Na~+,红砂盐腺表面的Na~+外排和H~+内流速率依然会显著上升;干旱胁迫会诱导红砂泌盐量增加,并且添加Na Cl可显著缓解干旱对红砂的不利影响。然而,在盐或干旱处理诱导泌盐量显著增加的同时,红砂的组织含水量却没有随之降低,说明红砂可能具有特殊的水分调控机制,从而有助于盐或干旱条件下其体内水分平衡的维持,但目前对该机制的认识尚不清楚,亟需进一步深入研究。鉴于此,本研究在前期研究的基础上,通过测定Na Cl和干旱处理下红砂植株各组织的生物量、离子含量和水势等生理生长指标,初步探究了盐及干旱条件下红砂体内水分转运情况以及各组织间水势梯度的变化模式;克隆了参与红砂体内水分转运的部分水通道蛋白基因全长c DNA,分析了其表达模式,并对其进行了功能验证与亚细胞定位分析。取得如下主要研究结果:1.红砂具有极强的耐盐性。50 mmol/L Na Cl处理促进了红砂生长,而300mmol/L Na Cl仅能抑制红砂长势,但植株依然能够正常生长;不同浓度Na Cl处理后,红砂的组织含水量和相对含水量均维持在对照水平。2.在对照和Na Cl处理下,红砂植株中渗透调节物质的分配均表现出茎中最多、叶中次之、根中最少的趋势,且随着Na Cl处理浓度的增大,茎和叶中渗透调节物质的含量也随之增加。相应地,无论有无Na Cl处理,红砂各组织中的水势也与其渗透调节物质的分配格局高度吻合,即根水势最高、叶水势次之、茎水势最低。推测红砂可能通过建立并维持由根向茎以及由叶向茎的水势梯度,保障其在Na Cl处理下的水分稳态。3.在干旱(30%FWC)处理下,红砂的生长严重受抑,干鲜重较对照(70%FWC)显著下降,但添加50 mmol/L Na Cl可显著缓解干旱胁迫对其生长的不利影响,且无论有无干旱处理,50 mmol/L Na Cl的加入均可显著增加红砂的鲜重、干重以及各组织(尤其是地上部)中Na~+的积累量。此外,与对照相比,各处理下红砂地上部、特别是叶组织含水量及相对含水量均未发生显著变化。4.无论是否添加50 mmol/L Na Cl,在对照及干旱处理下,红砂植株均表现出根水势最高、叶水势次之、茎水势最低的状态;干旱处理下,红砂的茎水势显著低于其余各处理组,而加入50 mmol/L Na Cl显著提高了干旱处理下的茎水势。上述结果进一步表明红砂体内存在Ψ_(root)>Ψ_(leaf)>Ψ_(stem)的复合水势梯度,且50mmol/L Na Cl的添加有助于改善干旱条件下红砂茎中的水分状况。5.克隆到红砂水通道蛋白基因Rs PIP2;1,Rs PIP2;7及Rs TIP1;3的全长c DNA,其开放阅读框长度分别为852 bp、852 bp和762 bp,分别编码283、283和253个氨基酸。跨膜结构域分析显示,Rs PIP2;1及Rs PIP2;7具有6个跨膜螺旋,Rs TIP1;3具有7个跨膜螺旋,且均具有两个水通道蛋白家族典型结构域NPA。表达模式分析发现,Rs PIP2;1主要在成熟叶中表达,Rs PIP2;7和Rs TIP1;3主要在幼叶中表达,并且它们的表达都受Na Cl处理的显著诱导。6.酵母异源表达分析显示,Rs PIP2;1,Rs PIP2;7和Rs TIP1;3均具有良好的水转运活性;亚细胞定位结果表明Rs PIP2;1和Rs PIP2;7主要定位于细胞质膜,Rs TIP1;3主要定位于液泡膜。说明Rs PIP2;1,Rs PIP2;7和Rs TIP1;3可能参与红砂叶中的水分转运过程,在叶-茎逆向水势梯度的建立与维持中发挥着潜在的作用。综上所述,红砂体内存在Ψ_(root)>Ψ_(leaf)>Ψ_(stem)的复合水势梯度,水通道蛋白Rs PIP2;1,Rs PIP2;7和Rs TIP1;3可能参与了该水势梯度的构建和维持,研究结果为全面认识荒漠植物的抗逆机制奠定了基础。 |
| 中文关键词 | 红砂 ; 盐胁迫 ; 干旱胁迫 ; 水势梯度 ; 水通道蛋白 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S793.9 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373299 |
| 作者单位 | 兰州大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 苏家豪. 盐及干旱条件下红砂水分平衡维持机制初探[D]. 兰州大学,2021. |
| 条目包含的文件 | 条目无相关文件。 | |||||
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