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土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源,目前土壤受到干旱和盐胁迫的危害越来越严重。杨树具有适应性强、生长快和丰产等特性,本论文以青杨组杨树为模式植物,研究杨树对土壤干旱和盐胁迫的生态生理及蛋白质组学反应,研究成果可为我国干旱半干旱地区营造人工林、防止沙漠化提供理论依据,也为恢复与重建盐污染地区退化生态系统提供科学指导。主要研究结果如下:
1青杨不同种对逐步干旱胁迫的响应差异
将来自喜马拉雅山东缘高海拔的康定杨和低海拔的青杨枝条扦插在温室中,用来检测它们对逐步干旱胁迫的响应。研究结果表明来自不同海拔的杨树对逐步干旱胁迫的适应性反应是不一样的。株高、叶片发育、叶片相对含水量、丙二醛、过氧化氢等指标的显著性变化在青杨中比在康定杨中来得早些,而且随着干旱胁迫程度的增加,这些参数的变化越来越明显,尤其是当青杨受到严重干旱胁迫的时候;而可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸、抗氧化酶活力变化在康定杨中来得早一些。与青杨相比,在干旱胁迫下,康定杨仍能保持较好的植株生长和叶片发育:康定杨也能在逐步干早条件下积累更多的可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸及抗氧化酶活力,但是在丙二醛和过氧化氢含量方面增加的更少些。而且,我们的研究结果表明高海拔的康定杨有更强的耐干旱能力,杨树对干旱胁迫的适应能力与干旱发生的速度、强度、持续时间及两种杨树的海拔有关。
2干旱胁迫下青杨不同种的蛋白质组学分析
来自青杨和康定杨雌株的枝条扦插在温室中,用来研究它们对干旱胁迫的蛋白质组学反应。采用TCA-丙酮/酚提取法提取总蛋白,并进行双向电泳分析。在每个处理的重复图像中都能检测到1,000个以上的蛋白点。在青杨中有58个蛋白在干旱处理后发生显著变化,其中22个蛋白通过肽指纹图谱成功鉴定。康定杨中有69个蛋白的表达量发生了显著变化,其中有25个蛋白通过肽指纹图谱成功鉴定。这些被鉴定的蛋白主要参与了光合作用、氧化还原平衡、信号传导、能量代谢、蛋白质合成等过程。尽管被鉴定的蛋白只占叶片总蛋白的很少一部分,但这些被鉴定的干旱响应蛋白可能对维持植株内部平衡方面有重要作用。
3青杨的盐胁迫响应
青杨植株分别用0、50和100 mM NaCI溶液进行处理。叶片相对含水量、叶绿素a、b含量、CO2同化速率和气孔导度的降低表明叶绿体受到了盐胁迫的影响。过氧化氢、丙二醛含量及电导率的升高表明细胞受到了伤害。可溶性糖、游离脯氨酸含量及抗氧化酶含量的上升增加了植株耐盐胁迫的能力。在每个处理的重复图像中都能检测到1,000个以上的蛋白点。其中有38个盐响应蛋白被成功鉴定,有16个蛋白(点4、10、11、14、15、21、24、26、27、28、33、34、35、36、37和38)出现在盐胁迫的植株中;3个蛋白(点10、11和35)只出现在重度盐胁迫处理中:而1个蛋白(点1)只出现在对照处理中。2个蛋白(点1和2)表达量下降,其余蛋白点表达量都增加。被鉴定的蛋白一部分参与了生理生化反应,而另一部分则在信号传导、蛋白质合成等方面有重要作用。盐胁迫下的生理生化变化及蛋白质组学的联合研究有利于青杨对盐胁迫的适应性分析。