苦槐耐盐碱胁迫的生理与分子机理研究

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土壤盐碱化是制约设施蔬菜产业可持续发展的瓶颈。采用轮作间作等栽培措施,能有效修复设施土壤盐渍化。而采用植物修复手段治理盐碱土壤的前提,是选择适宜的植物或作物。苦槐(Sophora alopecuroides)是一种香料植物,具有较高的耐盐碱能力,既有较高经济价值,又是设施农业轮作间作、修复土壤的良好植物材料。然而,目前对苦槐高耐盐碱的生理与分子机理尚不清楚。本论文研究以苦槐为材料,旨在探明其耐盐碱的生理与分子基础。研究结果将为苦槐在盐碱土壤治理的应用上提供理论依据,也可为豆科作物的遗传改良提供可用基因。本论文采用100 mM NaCl室内模拟盐胁迫、0.25 M的Na2CO3和1 M的Na HCO3混合液(p H=9)模拟碱胁迫,采用水培方法,对盐、碱胁迫后苦槐的生长、光合以及抗氧化酶活性等生理指标进行分析;并对盐、碱胁迫4 h、6 h后的苦槐根系进行转录组测序(三代全长转录组测序+二代表达谱分析),以探讨苦槐幼苗对盐、碱胁迫响应的分子机制。主要研究结果如下:(1)与对照相比,盐胁迫导致苦槐幼苗的株高、根长、植株干鲜重均显著降低;碱胁迫下,苦槐幼苗叶的干鲜重显著下降,但株高、根长和根的干鲜重等降低并不显著。(2)在盐、碱胁迫下,苦槐幼苗的最大光化学效率(Fv/Fm)均下降。表明盐、碱胁迫均破坏了PSⅡ反应中心,降低了PSⅡ的最大光合效率。(3)盐、碱胁迫下,叶和根中过氧化氢酶(CAT)活性均表现为先升后降。苦槐叶片中过氧化物酶(POD)活性随着盐、碱胁迫时间的延长呈下降趋势;而根部POD活性在盐、碱胁迫下整体呈上升趋势。盐胁迫下苦槐叶和根中超氧化物歧化酶(SOD)的含量无明显变化,碱胁迫下苦槐叶和根中SOD的含量均呈先降后升的趋势。盐胁迫并未影响根部丙二醛(MDA)水平;而碱胁迫下,根部MDA含量随胁迫时间显著上升,表明碱胁迫导致苦槐根系质膜出现氧化伤害。随盐、碱胁迫时间延长,苦槐叶中MDA含量变化不显著。(4)通过三代全长转录组测序+二代表达谱分析,共获得10591个差异表达的转录本(DETs)。盐、碱胁迫下,苦槐根系中的DETs主要参与了蔗糖代谢、金属离子跨膜运输、氨基酸分解代谢和有机酸合成与分解代谢等途径。具体分析了离子转运、C/N代谢和植物激素信号转导途径相关基因。通过WGCNA分析,初步筛选出苦槐根系中与盐、碱胁迫相关的关键基因,初步构建了苦槐盐、碱胁迫响应的基因调控网络,为进一步揭示苦槐耐盐碱的分子机制提供了基础。
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