PEG模拟干旱胁迫对栽培种及野生种珊瑚菜抗旱生理及GlAT基因表达的影响

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干旱作为限制植物生长发育最重要的非生物胁迫之一,通常会引起植物生长发育、形态结构、生理生化、基因表达等一系列的变化,其对植物造成的生长减缓,远远高于盐、高温等其他非生物胁迫。北沙参为伞形科珊瑚菜属珊瑚菜(Glehnia littoralis Fr.Schmidt ex Miq.)的干燥根,属临床常用中药,国内多分布于山东、内蒙古、河北等地。虽然珊瑚菜的药用价值很高,但是野生资源衰竭,被列为国家二级保护植物。目前对珊瑚菜的抗逆研究主要集中于耐盐性机理,关于其抗旱机制尚缺乏系统研究,而从生理及分子水平上发掘珊瑚菜抗旱调控机制,对于加快珊瑚菜抗旱种质分子选育进程具有重大意义。为此,本研究以莱阳栽培种和日照野生种珊瑚菜作为供试材料,测定不同浓度PEG(Polyethylene glycol)模拟干旱胁迫下珊瑚菜的解剖结构、各项生理指标以及基因表达情况,通过比较干旱处理与正常对照的各项指标的差异,剖析两种珊瑚菜的抗旱性差异并探讨其可能的抗旱机理。试验的主要研究结果如下:(1)对栽培种和野生种珊瑚菜分别进行不同浓度的PEG胁迫(20%、25%、30%)处理,观察其表型及解剖结构的变化。结果表明:随着干旱程度的增加,两种珊瑚菜在高浓度PEG时叶片变软弯曲,甚至出现枯叶,野生种较栽培种枯萎更加严重。叶片、上下表皮、栅栏组织及海绵组织厚度减小,其中30%PEG胁迫对两种珊瑚菜影响最为显著。(2)测定珊瑚菜的干旱响应各项生理生化指标,包括可溶性蛋白含量、过氧化物酶(SOD)活性、超氧歧化物酶(POD)活性、氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量、叶绿素含量和叶绿素荧光参数。依据生理指标测定值,综合分析两种珊瑚菜的抗旱能力差异。结果表明:在PEG胁迫增加的过程中,栽培种较野生种叶绿素含量降幅较小,可溶性蛋白含量较高,且较对照呈显著提高;栽培种的SOD活性在胁迫条件下显著增加,而野生种总体呈波动性变化;POD活性总体呈下降趋势,但野生种在高浓度PEG胁迫时有所回升;栽培种的CAT活性在胁迫下呈上升趋势且在30%PEG胁迫时达到最高,而野生种CAT活性各处理组与对照之间差异未达显著水平;栽培种的MDA积累量在25%PEG胁迫时达到最高,野生种MDA含量则在30%PEG胁迫时达到峰值。叶绿素荧光参数的测定中,两种珊瑚菜叶片Fv/Fm值、光化学荧光淬灭系数(qp)和PSⅡ的实际光化学效率(Y(II))与对照相比均呈下降的趋势,但栽培种比野生种降幅小。综合以上生理指标分析,栽培种珊瑚菜在干旱胁迫下PSII受损伤程度较小且保护酶系统的效率更高,相较于野生种应激反应更显著,而野生种受到干旱胁迫的损伤相对更加严重,抗旱能力低于栽培种。(3)GlAT基因编码的AT蛋白利用辅酶A硫酯催化形成一系列的次生代谢产物,对珊瑚菜的抗逆起到关键的作用。在30%PEG对栽培种和野生种珊瑚菜导致的重度干旱胁迫下,利用实时荧光定量PCR技术,对GlAT基因的表达情况进行分析,结果表明:两种珊瑚菜的GlAT基因均上调后再下调至恢复正常,并且栽培种比野生种上调更加迅速,表达更稳定。
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