二氧化硫在谷子和拟南芥干旱胁迫过程中的生理作用

摘要

干旱胁迫会对植物的生长发育产生诸多不良影响，如气孔关闭、叶片萎蔫、生长停滞，甚至植株死亡。谷子是起源于中国的传统粮食作物，具有突出的耐旱、耐瘠特点。为探讨植物在抗旱过程中的生理变化规律，本文以谷子和拟南芥植株为材料，通过田间试验与实验室模拟干旱处理，检测了与抗旱相关的渗透调节物质含量、抗氧化酶活性及干旱相关基因表达水平，并分析了SO2对干旱生理的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴以晋谷20号为材料，通过田间试验研究了干旱胁迫对抽穗期和灌浆期植株体内脯氨酸与可溶性糖含量、主要抗氧化酶活性的影响，发现抽穗期干旱胁迫组谷子旗叶中脯氨酸与可溶性糖含量分别增加73.84％和29.53%，APX活性升高61.54%， H2O2和MDA含量与对照组接近；灌浆期干旱胁迫组旗叶中H2O2、MDA和脯氨酸含量显著增加，APX、CAT和POD活性升高，但可溶性糖含量显著降低。结果表明，谷子抽穗期植株具有较强的抗逆能力和自我调节能力，对干旱的适应性较强，而灌浆期对干旱胁迫较为敏感；脯氨酸和APX在谷子干旱胁迫生理中发挥了重要的保护作用。⑵SO2是常见的大气污染物之一，一定浓度的SO2能够引起植物体内氧化应激反应，提高胞内活性氧水平，进而激活细胞防御应答。研究发现，一定浓度的SO2能够减少干旱胁迫对谷子和拟南芥的生理危害：在20%PEG-8000模拟干旱组，水培谷子根长和苗长降低19.49%和9.02%，用0.4 mmol/L SO2衍生物预处理后，根长和苗长比单独PEG胁迫组显著增加50.43%和14.17%；生长15 d的盆栽谷子在干旱胁迫5 d后，H2O2和 MDA含量显著升高99.94%和51.39%，喷淋0.4 mmol/L SO2衍生物之后，H2O2和MDA含量显著降低56.72%和32.04%；生长60 d的盆栽谷子在干旱胁迫7d后，H2O2和 MDA含量显著增加74.42%和55%，可溶性糖和脯氨酸含量增加41.99%和2.03%，SOD活性降低49.23%， POD活性显著降低21.22%，喷淋0.7mmol/L SO2衍生物之后，谷子叶片中H2O2和MDA含量显著降低37.39%和33.74%，可溶性糖和脯氨酸含量显著增加120.85%和98.59%，SOD和POD活性显著增加411.49%和62.37%；生长4周的拟南芥在干旱胁迫5d后，H2O2和MDA含量显著增加61.49%和77.48%，脯氨酸含量显著增加133.12%，SOD活性升高23.33%，POD活性显著降低41.08%；喷淋0.4 mmol/L SO2衍生物之后，H2O2和MDA含量显著降低37.06%和42.06%，脯氨酸含量显著升高84.02%，SOD和 POD活性显著增加38.44%和210.75%；生长4周的拟南芥在干旱胁迫5 d后，地上组织中 DREB2A、DREB2B及其下游基因 RD29A上调表达，MIR398a和 MIR398c下调表达，miR398靶基因CSD2上调表达；喷淋0.4mmol/L SO2衍生物后，DREB2A、DREB2B和RD29A的表达量大于干旱胁迫组，MIR398a和MIR398c下调幅度高于干旱胁迫组，CSD2上调水平高于干旱胁迫组。⑶研究表明，干旱能引起谷子和拟南芥植株细胞内活性氧升高，引发氧化损伤，而一定浓度的SO2预处理可以促进干旱胁迫下大田作物谷子与模式植物拟南芥幼苗的生长，减轻叶片萎蔫程度，提高植株抗氧化能力。SO2能促进拟南芥抗旱相关基因DREB2A、DREB2B和RD29A上调表达，miR398的转录下调，miR398靶基因上调表达，调节植株对逆境的适应能力，降低干旱胁迫对植物造成的损伤，从而增强植物对干旱胁迫的耐受性。

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第一章 文献综述

1.1干旱对植物的影响

1.2 SO2对生物体的影响

1.3外源物质预处理对植物抗旱性的影响

1.4课题研究的目的、意义和内容

第二章 谷子对干旱胁迫的响应

2.1引言

2.2材料与方法

2.3结果与分析

2.4讨论与结论

第三章 SO2对干旱胁迫下谷子生理的保护作用

3.1引言

3.2材料与方法

3.3结果与分析

3.4讨论与结论

第四章 SO2对干旱胁迫下拟南芥生理的影响

4.1引言

4.2材料与方法

4.3结果与分析

4.4讨论与结论

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

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