CO2浓度升高对大豆抗旱性的影响机制研究

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全球大气CO2浓度持续升高,随着温室气体增加导致全球气温上升,降水格局也将发生变化,干旱等极端天气发生的频次和强度将增大。大豆是一种重要的油料作物。目前我们对气候变化如何影响大豆的生长发育尚不清楚。我们设置了不同水分处理(正常水分:叶片相对含水量为81%-92%,干旱胁迫:叶片相对含水量为64%-77%)、不同的CO2浓度(400 ppm、600 ppm)处理,选用了两种抗旱性不同的品种(中黄35:低抗旱大豆,兴县小黄豆:抗旱大豆),对开花期叶片的光合色素含量、光合能力、信号转导酶、渗透调节物质、激素和蛋白含量以及关键基因进行测定。结果表明:干旱胁迫在高CO2浓度条件下显著降低两个品种的叶绿素b的含量。干旱胁迫显著降低两个品种的光合速率、气孔导度和蒸腾速率。干旱胁迫下,CO2浓度升高显著增加中黄35的水分利用率。干旱胁迫显著增加两个品种的丙二醛含量。干旱胁迫下,CO2浓度升高降低了两个品种的丙二醛含量,尤其对兴县小黄豆影响显著。干旱胁迫下,正常CO2浓度下,两个品种的谷胱甘肽转移酶活性显著降低。干旱胁迫下,CO2浓度升高显著增加兴县小黄豆的超氧化物歧化酶和谷胱甘肽转移酶活性,显著增加中黄35的谷胱甘肽转移酶和过氧化物酶活性。CO2浓度升高对正常水分下两个品种的脯氨酸的含量无显著影响,但是会显著降低干旱胁迫下两个品种中脯氨酸的含量。干旱胁迫显著增加了两个品种的促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)含量。干旱胁迫下,CO2浓度升高显著增加了两个品种的钙依赖性蛋白激酶(CDPK)含量,但显著降低了两个品种的热休克蛋白含量。CO2浓度升高显著增加两个品种的脱落酸(ABA)含量。干旱胁迫下,CO2浓度升高显著增加两个品种的CDPK和谷胱甘肽转移酶的基因表达量。干旱胁迫下,CO2浓度升高显著降低兴县小黄豆的热激蛋白的基因和中黄35的MAPK基因的表达量。上述研究结果表明大气CO2浓度升高后不能缓解干旱胁迫对大豆光合作用的破坏作用。干旱胁迫下,CO2浓度升高后两个品种的丙二醛含量降低,主要通过提高大豆叶片中ABA含量,诱导谷胱甘肽和CDPK的基因上调,从而提高其含量来调控和传递刺激信号,进而引起植物产生抗性物质,从而提高大豆对于干旱胁迫的抗性。
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