印度梨形孢诱导提高玉米苗期抗旱性机理的研究

摘要

印度梨形孢(Piriformospora indica)能够定殖多种植物的根部,形成植物-微生物互作的共生模式,促进植物生长、提高产量、诱导提高植物对生物胁迫及非生物胁迫的耐受力。通过在干旱条件下接种印度梨型孢对玉米生理生化指标的影响、相关抗旱基因的表达、植物激素水平及植物PCD (Program Cell Death, PCD)相关基因的表达,从生理、分子、信号传导水平来揭示印度梨型孢提高玉米抗旱性机理,更深入研究玉米对干旱胁迫的应答调节机制。本研究为微生物-植物互作体系中微生物提高抗旱机制的研究提供了一个新的思路,奠定了良好的研究基础。主要研究结果如下：(1)在形态表现上：干旱胁迫条件下,接种印度梨形孢的玉米与未接种印度梨形孢的玉米植株相比较,其根长、根干重、根鲜重性状差异均达到极显著、显著水平；接种印度梨形孢的玉米的叶片数、叶面积、叶绿素含量3个叶部性状值均高于未接种印度梨形孢的玉米,达到显著差异水平。结果表明印度梨形孢能促进玉米地下部和地上部的生长,其中促进根的生长是根本。(2)在抗氧化系统上：在脱水的情况下接种真菌的玉米植株能维持较高的脯氨酸含量、低的MDA含量,同时在20%PEG-6000胁迫下,SOD、CAT和AsA-POD的活性随着胁迫时间的延长在一定时期内呈上升趋势。经过印度梨形孢接种的玉米叶片的保护性酶活性与未接种的相比上升更迅速且积累量更高,更能有效地清除活性氧,缓解干旱胁迫对细胞造成的损伤。印度梨形孢能诱导玉米在干旱条件下启动活性氧清除机制,维持活性氧的积累与清除的平衡,降低活性氧的含量,减少膜质过氧化作用,提高玉米对干旱的耐受能力。(3)相关基因表达上：我们的研究发现,CBL1, SDIR1, HAT, PLDδ, ANAC072, CIPK3, DREB2A, ERD1这8个基因的在玉米根部的表达趋势不尽相同,在20%PEG-6000模拟干旱胁迫下处理0h-24h,所有的基因都在印度梨形孢定殖的玉米根部上调表达。处理3h时,CBL1, SDIR1, HAT在真菌定殖的玉米根部的的上调表达显著高于未接种,特别是CBL1,SD1R1,在处理12h时差异更是显著,接种与未接种的表达量分别是312.9倍、571.28倍在处理3h到6h时,除了PLDδ,剩下几乎所有的基因表达量下降,在处理24h时,ANAC072, CIPK3, DREB2A, ERD1, HAT的表达又开始上调,而且在接种接种真菌的植株根部的表达量分别是未接种的3.1倍、2.02倍、2.86倍、2.3倍、4.4倍,这些抗旱相关的基因在未接种真菌的玉米植株根部的表达相对来说更为滞后。(4)在15%PEG-6000的模拟干旱胁迫试验中,玉米的株高和根长的增长相对于对照明显受到抑制作用,说明干旱限制玉米的生长；在相同的处理条件下,接种印度梨形孢真菌的玉米的株高高于未接种的、根长长于未接种的植株,说明印度梨形孢能减小干旱胁迫对玉米生长的阻碍。(5)在持续的水分胁迫下,玉米植株叶片和根部都会积累大量的ABA来应对干旱胁迫在水分胁迫3天后接种真菌的玉米根部ABA含量出现大量积累,未接种真菌的玉米植株在胁迫处理5天后才大量积累,应对水分胁迫,未接种的玉米植株ABA的积累表现相较于接种真菌的玉米更为滞缓。在正常生长的条件下,接种印度梨形孢的玉米根部和叶片细胞内的NO的含量上升,随着接种时问的延长会逐渐降低；接种印度梨形孢的玉米叶片细胞内NO的含量随着胁迫时间的延长而呈现“升高-降低-升高”的变化趋势,接种印度梨形孢后玉米根部NO的含量会随着胁迫时间的延长而呈现“升高-降低”的变化趋势。(6)在2001μM的SNP处理条件下,接种印度梨形孢的玉米叶片和根部细胞内ABA关键合成酶玉米黄素环氧化酶(Zeaxanthin Epoxidase, ZEP)基因的表达量会增加,从而促进ABA的合成。NO处理下相对于未接种的玉米植株,接种印度梨形孢的玉米叶片和根部PCD抑制基因Bax-Ⅰ及植物HR基因Rp1-D21的表达上调,且表达提前；玉米叶片和根部在持续高浓度下的NO胁迫下需要做出适应性反应,所以随着NO处理的时间的延长Bax-1、Rp1-D21基因的表达开始下调。综合以上研究结果,植物形成了一套感受和传导干旱信号的系统,并通过一系列生理或发育机制来响应干旱胁迫,抗氧化酶系统是P.indica在玉米叶片的靶作用点,联合诱导一系列具有调节作用的物质植物激素ABA及N含量及相关基因的表达调控作用,在调孔相关的生理过程等共同赋予了玉米对干旱的耐受力。

目录

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景、目的与意义

1.2 研究内容、研究方法、技术路线

第二章 文献综述

2.1 植物抗旱性概述

2.2 印度梨形孢及其研究概况

第三章 印度梨形孢诱导提高玉米苗期抗旱性的研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果分析

3.4 讨论与小结

第四章 在水分胁迫下印度梨形孢真菌调控玉米体内的ABA和NO使玉米产生适应性反应的研究

4.1 引言

4.2 材料方法

4.3 结果分析

4.4 讨论与小结

第五章 主要结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

致谢

参考文献

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