水稻幼苗适应铝胁迫的生理特性研究

论文摘要

铝是酸性土壤中限制水稻生长及矿质元素吸收而导致减产的主要因子之一。本研究以IR24、金优725、两优培九为材料，结合溶液培养和铝胁迫处理，采用细胞器的分离，SDS-PAGE以及RP-HPLC等研究手段，系统研究了不同铝浓度对发芽期和四叶一心期水稻幼苗根系铝胁迫相关生理特性的影响。主要结果如下：1．水稻发芽期铝胁迫浓度梯度处理实验表明，0.075、0.1mmol／L铝处理时，金优725和两优培九的根长、单株根重和根系活力较CK小幅度下降或增加，IR24各指标有小幅度下降，各材料处理间差异不显著。0.30mmol／L-7.5mmol／L铝处理时，3个供试材料的上述指标都明显下降，品种间、处理间差异显著，尤其是IR24下降幅度最大。7.5mmol／L铝处理时3个材料都受到了严重的铝毒害。因此，0.3mmol／L是鉴定耐铝胁迫的临界浓度。金优725和两优培九的根系生长指标优于IR24，可以认为是相对耐铝性品种。2．低浓度（0.50mmol／L）和高浓度（7.5mmol／L）铝胁迫处理进一步证实3个供试材料耐铝性的差异。然后，采用SDS-PAGE技术分析了铝胁迫下地上部可溶性蛋白的变化，发现了4条分子量分别为80.8kD，78.5kD，52.9 kD和16.4kD的蛋白谱带在铝处理后表达量减少，推测与铝胁迫有关，但是本实验中没有发现特异表达的谱带。3．外源有机酸（柠檬酸、苹果酸、琥珀酸）和铝胁迫处理实验表明，1.5mmol／L铝胁迫处理抑制了水稻幼苗根系的生长，同时，根系线粒体中POD和APX活性明显增加，CAT活性变化不大；而添加有机酸后，铝胁迫得到了明显缓解，POD和APX活性呈下降趋势，CAT活性变化相对较小，表明铝胁迫引起水稻根系细胞线粒体中活性氧代谢平衡发生变化，而有机酸的加入调节了铝胁迫下根系细胞线粒体中活性氧清除酶的活性，从而部分缓解了发芽期水稻幼苗的铝毒害。4．四叶一心期水稻幼苗铝胁迫处理10d后，发现幼苗的根长、苗长、新根长、单株苗鲜重以及根系活力都下降。其中，对IR24的影响最大，各项指标下降幅度均大于金优725和两优培九。同时，测定了两种杂交稻的呼吸速率，发现随铝浓度的增加，2个杂交稻的抗氰呼吸呈现先增加后降低的趋势，但总呼吸速率的变化趋势随品种不同而不同。5．四叶一心期水稻幼苗铝胁迫处理10d后，根系线粒体中的H2O2含量增加，活性氧清除酶活性随品种不同而不同。随铝浓度的增加，POD呈现敏感品种中先升后降，耐性品种中上升的趋势，而且品种问和处理间差异显著。CAT在低浓度处理时增加但不明显，高浓度铝处理时各个材料中酶活性大幅度增加，敏感品种的增加幅度大于耐性品种，APX的变化趋势与POD基本一致。6．四叶一心期水稻幼苗铝胁迫处理10d后，水稻幼苗根系中有机酸含量的RP-HPLC测定结果表明，随铝胁迫处理浓度的提高，谷氨酸含量呈倒“V”字形变化；但PEP含量呈增加趋势，这可能在一定程度上刺激了抗氰呼吸速率；柠檬酸含量呈下降趋势，推测可能与它分泌到细胞外参与解铝毒作用有关，也可能是由于它的合成减少或者被分解或转化成了其它物质。通过对以上几方面的研究，认为水稻根系呼吸与耐铝性的关系密切；线粒体活性氧清除酶的活性变化对耐铝性有重要意义；有机酸代谢水平与铝胁迫适应性有关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 第一章 前言
• 1. 概述
• 2. 植物的耐铝机制
• 2.1 有机酸与植物的耐铝性
• 2.2 铝胁迫适应酶（蛋白质）与植物的耐铝性
• 2.3 氧化胁迫与植物的耐铝性
• 2.4 根系活力与植物的耐铝性
• 2.5 呼吸与植物的耐铝性
• 3. 本论文的研究意义与思路创新
• 第二章 发芽期水稻幼苗适应铝胁迫的生理特征
• 1. 实验材料
• 2. 实验方法
• 2.1 铝胁迫浓度梯度处理
• 2.2 低浓度（0.50mmol/L）和高浓度（7.5mmol/L）铝胁迫处理
• 2.3 外源有机酸（柠檬酸、苹果酸、琥珀酸）和铝胁迫处理
• 3. 指标的测定
• 3.1 形态指标的测定
• 3.2 根系活力的测定
• 3.3 地上部可溶性蛋白的SDS-PAGE
• 3.4 根系线粒体的制备及活性氧清除酶POD、CAT、APX活性的测定
• 4. 数据处理与分析
• 5. 实验结果及分析
• 5.1 不同浓度梯度铝胁迫处理对发芽期水稻根长和单株根鲜重的影响
• 5.2 不同浓度梯度铝胁迫处理对发芽期水稻根系活力的影响
• 5.3 低浓度和高浓度铝胁迫对发芽期水稻生长的影响
• 5.4 低浓度和高浓度铝胁迫对发芽期水稻地上部可溶性蛋白的影响
• 5.5 外源有机酸对铝胁迫下发芽期水稻幼苗生长的影响
• 5.6 外源有机酸对根系线粒体酶活性的影响
• 6. 讨论
• 6.1 铝胁迫评价指标的选择和供试水稻耐铝性的差异
• 6.2 铝胁迫蛋白与植物的耐铝性
• 6.3 外源有机酸缓解铝胁迫的生理机制
• 第三章 苗期水稻适应铝胁迫的生理特征
• 1. 实验材料
• 2. 实验方法
• 2.1 材料的培养
• 2.2 指标的测定
• 3. 数据处理与分析
• 4. 实验结果及分析
• 4.1 形态指标
• 4.2 根系活力
• 4.3 根系中有机酸含量
• 2O₂和活性氧清除酶的变化'>4.4 线粒体中H₂O₂和活性氧清除酶的变化
• 4.5 根系总呼吸和抗氰呼吸速率的变化
• 5. 讨论
• 5.1 铝处理下形态指标与根系活力的变化
• 5.2 水稻根系抗氰呼吸与耐铝性的关系
• 2O₂以及活性氧清除酶的作用与变化意义'>5.3 线粒体H₂O₂以及活性氧清除酶的作用与变化意义
• 5.4 有机酸代谢与植物的对铝胁迫适应性
• 参考文献
• 致谢
• 研究生期间发表的论文