滨藜对盐胁迫的结构、生理响应及其转录组研究

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近年来,土地盐碱化面积的日益增加已经成为全球面临的生态环境问题。关于混合盐对植物所产生的危害及植物的相关耐盐机制研究越来越受到人们的关注。本研究在前期预试验基础上,在控制条件下对滨藜(Atriplex patens)种子和幼苗进行了盐胁迫及其他为探索钙对滨藜耐盐适应性的影响而进行的包括外源钙(20 mmol/L Ca(NO3)2、40 mmol/L Ca(NO3)2、钙抑制剂(400 umol/L异搏定、12umol/L钌红)的各种相关处理,探究了滨藜解剖结构、生理指标以及转录组对盐胁迫的响应特点,初步分析了滨藜的耐盐机制及草酸钙晶体与钙在植物耐盐适应中的作用。根据试验得出以下结论:1.解剖结构研究表明:盐胁迫条件下滨藜茎、叶结构发生与环境相适性的变化。盐胁迫导致滨藜茎、叶表皮外切向壁、角质层厚度增加。同时,盐胁迫处理也会导致滨藜叶片厚度增加、气孔数量增加、栅栏组织叶绿体远多于海绵组织。茎皮层细胞数目增多、髓和髓射线随处理时间呈现先增后减的变化,基本组织中草酸钙晶体数量增多,木质部导管孔径较大。外源钙、钙抑制剂可以通过调控晶体合成及其他代谢途径影响茎叶结构,使滨藜产生对盐胁迫的结构适应性变化。研究发现,钙抑制剂异搏定与钌红相比,钌红的作用效果较异搏定更持久。这对于指导农业生产具有一定的指导意义。2.生理特性研究表明:(1)滨藜种子萌发盐胁迫会抑制种子萌发,使萌发率、发芽指数、发芽势显著降低(P<0.05)。不同浓度Ca(NO3)2对滨藜耐盐指标影响特点不同,高浓度的钙会抑制种子萌发。钙抑制剂钌红可以使萌发率显著降低(P<0.05),使发芽势、发芽指数显著升高(P<0.05),而异搏定对上述三种指标均具有促进作用。盐胁迫条件下,外源钙、钙抑制剂使萌发率、发芽势、发芽指数有不同程度的提高,对盐胁迫具有缓解作用。(2)滨藜植株生长盐胁迫会导致滨藜植株的株高降低,叶长、叶绿素、含水量、生物量、根茎叶生物量增加,丙二醛(MDA)含量降低,但各处理组和对照组MDA含量随时间增加表现第二周与第一周相比、第三周与第二周相比都呈略微增长趋势的相似规律。盐胁迫条件下,外源钙、钙抑制剂处理的不同时期表现出对上述测量指标的适应性变化,如株高增长、叶长、叶绿素、含水量、MDA含量及各种生物量的降低。以上研究结果表明,盐胁迫条件下滨藜解剖结构的变化可能与其上述生理指标的变化有关。3.转录组研究表明:通过对滨藜叶片的耐盐相关基因组学分析,从水对照组、混合盐、异搏定处理的滨藜叶片中共获得62.14Gb Clean Data,最终获得注释信息的Unigenes有24389个。通过差异表达Unigene富集分析,结果表明:滨藜中的Unigene通过调节光合作用途径、信号转导机制、翻译后修饰,蛋白质转换等多种方式参加滨藜对盐胁迫的响应。较多的光合作用天线蛋白相关基因的上调,是滨藜盐胁迫条件下叶片转录组对盐胁迫表现出的一种重要的适应能力。滨藜的耐盐与草酸钙晶体有关,植物的耐盐是一个与结构、生理、基因表达紧密联系的复杂过程。
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