超表达SlSAMS1对番茄幼苗镉和干旱胁迫的缓解效应研究

摘要

重金属、干旱等非生物胁迫严重影响蔬菜的生长发育和安全高效生产。S-腺苷甲硫氨酸合成酶（SAMS）催化甲硫氨酸和ATP形成S-腺苷甲硫氨酸（SAM），以SAM为前体可以合成乙烯，多胺，谷胱甘肽等信号和抗逆分子。本研究以超表达SlSAMS1番茄和‘895’自交系为试验材料，研究了SlSAMS1对番茄耐镉性及抗旱性的调控效应，并初步探究了SAMS1发挥作用的生理途径。主要结果如下： 1.采用营养液水培法，以50μM CdCl2模拟镉胁迫。结果表明SlSAMS1缓解了镉胁迫对种子萌发和植株生长的抑制作用，转基因番茄幼苗具有较高的叶绿素含量、净光合速率、Fv/Fm和ΦPSII。镉胁迫促进活性氧（ROS）的积累，超表达SlSAMS1显著提高了镉胁迫下抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环效率以及愈创木酚过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶(CAT)的活性，促进谷胱甘肽合成酶（GSH1、GSH2），螯合肽合成酶（PCS）的表达水平，提高植物对镉的解毒能力，降低了镉胁迫诱导的ROS积累和膜脂过氧化水平。超表达SlSAMS1降低了镉在番茄根系中的积累，降低了镉对番茄根系的危害。SlSAMS1上调根中多胺合成相关酶（SAMdc、SPDS、SPMS）和氧化酶（PAO）基因的表达水平，并且提高了胁迫下细胞壁结合的PAO和POD的活性，加速胁迫前期根的木质化。此外，SlSAMS1调节了根、叶中一些金属转运蛋白的表达水平。 2.过表达SlSAMS1缓解了干旱胁迫对番茄种子萌发（PEG处理）的抑制作用。采用自然干旱的处理方法，分析了干旱及复水条件下植株生长情况、碳氮代谢和初生代谢产物的积累。结果表明在干旱及复水条件下，超表达SlSAMS1番茄的植株鲜重，叶片的可溶性总糖含量、蔗糖含量、可溶性蛋白含量和全氮含量均不同程度的高于野生型。干旱胁迫使得谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS/GOGAT）循环受阻，增强了GDH活性，SlSAMS1缓解了干旱胁迫对铵同化的抑制作用。干旱及复水后，野生型和转基因番茄叶片的初生代谢产物含量发生了较大的变化，SlSAMS1基因提高番茄了叶片中果糖-6-磷酸，葡萄糖-6-磷酸，α-酮戊二酸、柠檬酸、延胡索酸和苹果酸的含量，可能在其调控的番茄抗旱性发挥重要的作用。

目录

声明

符号说明

1 前言

1.1 镉胁迫下植物的生理响应及其抗性机制

1.1.1 镉污染现状

1.1.2 镉胁迫下植物的生理响应

1.1.3 植物对镉胁迫的抗性机制

1.2 干旱胁迫下植物的生理响应及其抗性机制

1.2.1 干旱现状

1.2.2 干旱胁迫及复水对植物的影响

1.2.3 植物对干旱胁迫的抗性机制

1.3 硫代腺苷甲硫氨酸合成酶

1.3.1 硫代腺苷甲硫氨酸在植物中参与的代谢

1.3.2 SAMS与镉胁迫

1.3.3 SAMS与干旱胁迫

1.4 本研究的目的及意义

2 材料与方法

2.1 超表达SlSAMS1缓解番茄镉胁迫的研究

2.1.1 试验材料

2.1.2试验设计与处理

2.1.3 试验方法

2.2 超表达SlSAMS1增强番茄对干旱胁迫抗性的研究

2.2.3 试验方法

2.3 数据分析

3 结果与分析

3.1 超表达SlSAMS1对番茄镉胁迫的缓解效应

3.1.1 番茄SlSAMS1基因可以响应镉胁迫

3.1.2 超表达SlSAMS1基因缓解了镉胁迫引起的生长抑制和叶片黄化

3.1.3 超表达SlSAMS1基因提高了镉胁迫下番茄的光合及叶绿素荧光参数水平

3.1.4 番茄SlSAMS1基因促进镉胁迫下番茄种子萌发

3.1.5 超表达SlSAMS1基因降低了镉胁迫下番茄叶片中的ROS和MDA的积累

3.1.6 超表达SlSAMS1基因提高了镉胁迫下番茄的抗氧化系统水平

3.1.7 超表达SlSAMS1基因提高了番茄的镉解毒能力

3.1.8 超表达SlSAMS1基因降低了番茄根中镉积累量

3.1.9 超表达SlSAMS1基因加速细胞壁木质化

3.1.10 超表达SlSAMS1基因提高了镉胁迫下番茄根细胞壁多胺氧化酶活性

3.1.11 超表达SlSAMS1基因影响镉胁迫多胺的合成与氧化

3.1.12 超表达SlSAMS1基因调节金属转运体的表达

3.2 超表达SlSAMS1增强番茄对干旱胁迫抗性的研究

3.2.1 SlSAMS1提高干旱胁迫下番茄种子发芽能力

3.2.2 干旱及复水条件下番茄幼苗的长势情况

3.2.3 SlSAMS1对干旱胁迫及复水条件下番茄叶片糖含量的影响

3.2.4 SlSAMS1对干旱胁迫及复水条件下番茄叶片碳代谢相关酶活的影响

3.2.5 SlSAMS1对干旱胁迫及复水条件下番茄叶片含氮物质含量的影响

3.2.6 SlSAMS1对干旱胁迫及复水条件下番茄叶片氮代谢相关酶活性的影响

3.2.7 SlSAMS1对干旱胁迫及复水条件下番茄叶片初生代谢产物的影响

4 讨论

4.1 超表达SlSAMS1对番茄镉胁迫的缓解效应

4.2 超表达SlSAMS1增强番茄对干旱胁迫抗性的研究

5 结论

参考文献

致谢

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