钙及模拟酸雨对四种木本植物钙受体蛋白及其基因表达的影响

摘要

酸雨在我国南方已成为十分严重的环境问题。本研究中，选取了四种在我国南方受酸雨危害严重地区广泛分布的木本植物作为实验材料，分别为枫香(Liquidambar formosana Hance)，木荷(Schima superba Gardn et Champ.)，马尾松(Pinus massoniana Lamb.)及红豆杉(Taxus wallichiana var.mairei L.)。分别研究了土壤中不同钙水平对四种木本植物在应对模拟酸雨（SiAR）胁迫中的各种响应，包括模拟酸雨对植物叶片的伤害、对叶绿素含量、叶片净光合速率的影响，特别是钙受体(CAS)的蛋白及基因相对表达水平等。采用Western-blot技术检测四种木本植物CAS蛋白的表达在不同钙水平和模拟酸雨影响下的表达变化，同时采用实时荧光定量PCR技术(quantitative real-time PCR，qRT-PCR)检测四种木本植物CAS基因的表达在不同钙水平和模拟酸雨影响下的变化情况。
　　 研究结果显示在模拟酸雨胁迫下两个敏感树种（枫香和马尾松）的CAS蛋白表达水平均随土壤钙浓度的增加而升高，同时，CAS基因表达变化趋势与CAS蛋白表达变化趋势基本保持一致;在两个抗性树种（木荷和红豆杉）中，CAS蛋白表达均比较稳定，CAS基因的表达水平也都保持在一个较为稳定的水平，并且变化趋势与其蛋白表达趋势保持一致。其次，在模拟酸雨胁迫下，两个抗性树种（木荷和红豆杉）的CAS蛋白和基因表达水平比两个敏感树种（枫香和马尾松）的表达更稳定，变化的幅度更小，说明与敏感树种枫香和马尾松相比，木荷和红豆杉有更强的抗酸雨能力。这些结果说明在酸雨胁迫下，不同酸雨耐受性树种在不同土壤钙浓度下的CAS分子响应是有差异的。此外，还测定了模拟酸雨处理下四个树种的一些相关生理指标的变化，包括叶片伤斑、叶绿素含量及叶片净光合作用速率。结果表明，与CAS蛋白及CAS基因的表达变化一致，与抗性树种相比，酸雨胁迫对两个敏感物树种（枫香和马尾松）的影响较大，伤害更严重。同时，也探讨了不同钙浓度对于不同树种缓解酸雨胁迫的作用和影响。酸雨条件下，增加植物生长环境的钙水平，可以有效地提升敏感树种CAS蛋白及CAS基因的表达水平。除此之外，补钙对敏感树种的各项生理指标和生长均有较明显的改善和促进作用，而对两个抗性树种没有显著效应。
　　 上述结论说明，在酸雨胁迫下，不同木本植物CAS蛋白、CAS基因及相关生理响应不仅取决于植物对酸雨耐受能力的差异，并且不同的土壤钙浓度对其也有十分重要的影响。

目录

声明

摘要

第1章 前言

1．1 酸雨简述

1．1．1 酸雨定义及成因

1．1．2 酸雨研究概况

1．2 酸雨对植物的影响

1．2．1 酸雨对植物生理及生长的影响

1．2．2 酸雨对森林系统的影响及机制

1．3 植物钙受体与钙信号

1．3．1 植物钙受体(CAS)

1．3．2 植物体内的钙及钙信号

1．4 蛋白质印迹(Western-blot)技术

1．4．1 蛋白质印迹(Westorn-blot)技术原理

1．4．2 蛋白质印迹(Western-blot)技术在植物抗逆研究中的应用

1．5 实时荧光定量PCR技术

1．5．1 实时荧光定量PCR技术原理

1．5．2 实时荧光定量PCR技术在植物抗逆研究中的应用

1．6 本文立题依据及意义

第2章 材料与方法

2．1 植物材料及培养条件

2．2 材料处理

2．3 仪器药品

2．3．1 主要仪器设备

2．3．2 主要试剂

2．4 主要生理指标的测定

2．4．1 模拟酸雨对四种木本植物叶片伤害情况的评估

2．4．2 木本植物叶绿素含量测定

2．5 叶片净光合速率(net leaf photosynthesis，Pn)的测定

2．6 CAS蛋白表达的蛋白免疫印迹(Western-blot)分析

2．6．1 CAS蛋白多克隆抗体制备

2．6．2 总蛋白的提取

2．6．3 蛋白免疫印迹(Western-blot)分析

2．7 CAS基因表达的实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析

2．7．1 总RNA的提取

2．7．2 总RNA的定量与检测

2．7．3 cDNA的合成

2．7．4 实时荧光定量PCR

2．8 数据处理及作图

第3章 结果

3．1 不同土壤钙条件下SiAR对四种植物幼苗叶片的伤害

3．2 不同土壤钙条件下SiAR对四种木本植物叶绿素含量的影响

3．3 不同土壤钙条件下SiAR对四种木本植物叶片净光合速率的影响

3．4 不同土壤钙条件下SiAR对四种木本植物CAS蛋白表达的影响

3．5 不同土壤钙条件下SiAR对四种木本植物CAS基因表达的影响

第4章 讨论

4．1 酸雨对木本植物的影响

4．1．1 酸雨对木本植物生理方面的影响

4．1．2 酸雨对木本植物钙受体CAS蛋白及CAS基因表达的影响

4．2 钙对木本植物的影响

4．2．1 钙对木本植物生理方面的影响

4．2．2 钙对木本植物CAS蛋白及CAS基因表达变化的影响

4．3 钙在植物响应酸雨中的作用

4．3．1 钙对酸雨胁迫下木本植物生理方面的影响

4．3．2 钙对酸雨胁迫下植物CAS蛋白和基因表达的影响

4．4 不同钙条件下不同树种对酸雨响应的比较

第5章 结论

参考文献

致谢