干旱胁迫对转PtPIP2;8基因84K杨苗木光合、生长和根系结构的影响

摘要

为研究水通道蛋白PtPIP2;8基因功能,了解其不同表达水平的转基因84K杨(Populus alba×P.glandulossa)应对干旱胁迫的响应,该文以转PtPIP2;884K杨抑制表达株系(抑制表达)、野生型(WT)和转PtPIP2;884K杨超表达株系(超表达)为试验材料,测定PtPIP2;8表达水平、根系导度、光响应曲线、气体交换参数、生长及根系形态指标。结果显示:(1)WT植株PtPIP2;8仅在根系表达;超表达植株PtPIP2;8除在根部显著表达外,在茎和叶片中也显著表达;抑制表达植株PtPIP2;8仅在根部有微量表达,表达量分别是WT和超表达植株的1/20和1/80。(2)根系结构分析发现,超表达植株总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数显著低于WT和抑制表达植株,根系导水率显著高于WT和抑制表达植株,表明PtPIP2;8参与了植物根系水分运输,提高了水分运输效率。(3)正常水分条件下,抑制表达植株苗高、叶面积显著低于WT和超表达植株,根冠比显著高于WT和超表达植株。干旱胁迫后,抑制表达植株净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)下降幅度小,仍能维持较高的P_n。气体交换参数显示抑制表达植株P_n、G_s日变化为"单峰"型,属气孔因素引起的净光合速率下降;WT和超表达植株P_n、G_s日变化为"双峰"型,干旱胁迫后,抑制表达植株P_n略微下降,WT和超表达植株P_n均下降,尤其是13:00、15:00下降显著,表明WT和超表达植株对干旱胁迫更加敏感,干旱对其影响更大。(4)干旱胁迫后,抑制表达植株相对生长速率、总生物量降低的最少,根冠比最高;总根表面积、总根体积、总根尖数显著高于WT植株。表明PtPIP2;8直接参与水分运输并提高水分运输效率,其转化影响了植株根系发育和生长。超表达植株根系发育的下降和叶面积的增大减弱了它的抗旱性,而抑制表达植株矮小,降低的叶面积,增加的根系生长和根冠比提高了它的抗旱能力。从研究结果来看,水通道蛋白提高了水分跨膜运输效率,而非水通道蛋白导水机制对干旱有较强的耐受性。