干旱胁迫下蒲公英生理响应与质膜水孔蛋白基因表达

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蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.),为菊科多年生草本植物,具有十分重要的营养价值和药用价值。近年来随着人们对野菜的青睐,特别是像蒲公英这样具有食疗功能的野生蔬菜,已广泛引起医学和营养方面专家的重视,随着全球气候变暖,干旱逆境问题日趋严重。干旱逆境成为限制植物生长,降低作物产量的主要问题之一[2];本研究以蒲公英作为研究对象,设置3个土壤含水量水平(相对含水量),分别为充分供水(CK,RWC=90%±5%)、中度胁迫(MS,RWC=75±5%)、重度胁迫(SS,RWC=50±5%),持续进行9d干旱胁迫,同时第9d后进行复水,复水后第7d进行复水指标测定,对蒲公英生理及分子机制进行系统研究,主要结果如下:(1)中度胁迫下,蒲公英根系活力随着处理时间的延长而增大,重度胁迫蒲公英根系活力水时间延长先增大后减小。并在重度胁迫第6d时达到峰值,高于这一水平,根系活力减小,根冠比增加。复水后根系活力恢复正常水平。胁迫对根系生长具有促进作用,胁迫后的复水,会使蒲公英根系获得补偿效应,能够更快的恢复正常状态。根冠比复水后不显著下降,叶片依然存在锯齿状边缘,证明干旱对叶片的影响较大,虽然对生理状态没有造成严重破坏,但是叶片较难恢复至正常状态,影响蒲公英可食用部分价值。(2)干旱胁迫下,蒲公英SOD、POD、CAT活性呈现先升后降的变化趋势,峰值出现在MS第9d,SS第6d。复水后MS恢复正常水平。活性氧清除系统能够在受到胁迫后较长时间内维持平衡,植物不容易受到过氧化物的损害。在复水后重度胁迫维持较高值,中度胁迫恢复至未受到胁迫状态。随着胁迫时间延长和胁迫程度的增大,蒲公英脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白均出现不同程度的上升。复水后均高于对照组。(3)随着干旱胁迫时间增加,蒲公英叶绿素a、b含量持续增加,叶绿素a、b之间的比值也发生复杂变化。在胁迫第9d,MS/SS叶绿素a、b含量高于CK,增加了叶片的光合能力,但是总叶绿素含量低于CK,有可能总叶绿素含量具有一定的滞后性。复水后叶绿素a、总叶绿素没有变化,只有叶绿素b出现了一定的补偿效应。(4)Fo的变化趋势与叶绿素a相近,推测这种相关性这可能与逆境胁迫类型和植物种类有关。蒲公英在受到中度胁迫时PSⅡ受到影响,随着时间增加PSⅡ潜在活性中心受到破坏。重度胁迫下PSⅡ潜在活性中心在第6d时开始受到破坏,热耗散升高,光合机构损坏,使蒲公英叶片将所捕获的光能转化为化学能的能力渐弱。(5)对照组Pn维持稳定,SS与MS随着胁迫时间延长出现下降的趋势。并且SS下降趋势远大于MS,复水后出现了上升的情况,可见有着一定的补偿效应。气孔导度呈现不规律的变化,但是当Gs值处于低点时,蒸腾速率同样也是处于低点,可见两者之间具有一定复杂的关系。Tr蒸腾速率与胁迫时间呈现正相关关系,胁迫时间越长,蒸腾速率越低,植株利用降低蒸腾速率控制水分蒸发,减少根系压力。复水后MS与SS上升至CK水平,也证明了植株在胁迫过程中没有受到严重的破坏。(6)随着胁迫浓度增大,CCP与CSP增大,Amax减小,Rp减小,初始羧化效率降低,可见受到干旱胁迫后,蒲公英光和能力减弱,CCP的上升则体现干旱胁迫越严重,植株消耗越严重,与叶片干物质降低有着一致的表现。复水后SS、MS最大净光合速率没有上升,CCP与CSP也维持在同样的水平,复水后具有补偿效应。(7)受到胁迫后,PIP2-3相对表达量与对照组相比显著上升。但是MS组表达量显著高于SS组,可见在一定程度的干旱胁迫下,蒲公英PIP2-3有很好的表达,能够通过提高质膜水孔蛋白含量与活性,增加水分交换,减轻干旱对植株的影响,而受到严重干旱时,可能其活性受到抑制。复水后都恢复至CK水平,可见在复水后,干旱对蒲公英的影响得到了缓解,蒲公英质膜水孔蛋白活性降低。
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