合作杨苗木对伤害和气体防御信号的响应

论文摘要

研究合作杨对伤害和气体防御信号的响应规律,对揭示木本植物诱导抗性形成的机理,开发森林病虫害防治的新方法具有重要的意义。本研究以合作杨苗木（Populus simonii×Populus pyramidalis‘Opera 8277’）为实验材料,采用扬扇舟蛾幼虫取食、茉莉酸甲酯和水杨酸甲酯熏蒸以及机械损伤叶片三种方式,利用热脱附—气相色谱—质谱联用技术（TCT-GC-MS）、CIRS-2光合作用测定仪、叶绿素光合荧光成像系统（Imaging-PAM）、叶绿素荧光测定仪（PAM-2100）、H2O2组织化学原位检测技术、基因芯片技术等手段。研究了短链醛类合成途径及与光合作用的可能关系,伤害对叶片光合作用的系统性影响,检测了导致光合作用变化的信号物质过氧化氢、茉莉酸及ABA的含量及其传递途径,分析昆虫取食对合作杨防御相关基因的差异表达谱。得到如下主要结论:1.短链醛类戊醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛、癸醛的释放量与光强存在密切的正相关,也与氧气浓度呈正相关。己醛、庚醛、辛醛、壬醛四种醛的释放与脂氧合酶/氢过氧化物裂解酶途径有关;而戊醛和癸醛的释放与此途径没有明显的相关性。短链醛类释放与光合作用在病虫的危害中受抑制导致的活性氧积累相关,是植物体为了避免活性氧、氧自由基对光系统反应中心造成伤害、消除氧自由基的一种自身保护机制。2. MeJA熏蒸、机械损伤和昆虫取食导致处理叶片净光合速率Pn明显下降。杨扇舟蛾取食和MeJA熏蒸诱导处理后Pn的持续下降并非气孔限制所致,机械损伤后净光合速率Pn的下降与气孔限制CO2的供应有关。三种伤诱导处理叶片PSⅡ的最大量子产率Fv/Fm都有下降,qP总体上都呈下降趋势,而qN都呈上升趋势,RuBP羧化酶基因的表达显著下调。这表明Pn的下降与光合电子传递受到影响和RuBP羧化酶活性下降有关。无论机械损伤还是MeJA熏蒸,都可引起与处理叶片邻近的上下位健康叶片叶绿素荧光强度产生与处理叶片相似的变化规律,表明对光合作用的影响具有系统性。3.通过与PAM2100荧光仪所得荧光数据比较分析,证明Imaging光合荧光成像系统可作为一种快速、灵敏、直观的无损伤的检测手段广泛用于植物信号传导的研究领域。4. H2O2参与了合作杨苗木对伤害的防御反应。无论是机械损伤还是昆虫取食都可诱导损伤叶中H2O2含量的显著增加。MeJA、MeSA可以模仿机械损伤和昆虫取食诱导熏蒸叶中H2O2含量大幅度增加,也导致处理叶上、下部位邻近叶片内H2O2含量产生与处理叶片相似的变化趋势。DAB染色证明伤害叶片及其同株未受损叶片中都出现DAB-H2O2红褐色沉淀,主要分布在伤害位点,随后扩散到叶脉及附近叶肉细胞中。这表明无论

论文目录

• 缩写词
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 植物系统获得性抗性形成过程中的信号物质
• 1.1.1 茉莉酸类物质（JAs）
• 1.1.2 脱落酸（ABA）
• 1.1.3 水杨酸（SA）
• 1.1.4 活性氧（AOS）
• 1.2 植物间通讯（INTERPLANT COMMUNICATION）过程中的信号物质
• 1.2.1 伤诱导挥发物的种类
• 1.2.2 植株之间伤害信息的传递
• 1.2.3 具有植株间通讯作用的信号分子
• 1.3 各种信号分子之间的关系
• 1.3.1 JA 信号和SA 信号间的关系
• 1.3.2 JA 信号和乙烯信号间的关系
• 1.3.3 JA 与ABA 信号间的关系
• 2O₂与其它信号间的关系'>1.3.4 H₂O₂与其它信号间的关系
• 1.4 伤害对植物光合作用的影响
• 1.5 植物诱导抗性相关基因
• 1.6 本研究目的和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 5-C₁₀醛)释放的关系'>2 光合作用与挥发性短链醛类(C₅-C₁₀醛)释放的关系
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 不同光强处理
• 2.2.3 不同氧气浓度处理
• 2.2.4 抑制剂实验
• 2.2.5 挥发物的采集和分析鉴定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 光强对醛类挥发物释放的影响
• 2.3.2 脂氧合酶抑制剂—NDGA 对醛类挥发物释放的影响
• 2.3.3 氧气浓度对合作杨叶片醛类挥发物释放的影响
• 2.4 讨论
• 3 损伤对合作杨苗木光合特性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 植物材料与处理
• 3.2.2 伤诱导处理
• 3.2.3 气体交换参数的测定
• 3.2.4 叶绿素荧光和 Imaging 荧光图像的测定
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 各种伤诱导处理对处理叶片气体交换参数的影响
• 3.3.2 各种伤诱导处理对处理叶片叶绿素荧光参数的影响
• 3.3.3 机械损伤和 MeJA 熏蒸对荧光参数影响的系统性
• 3.4 讨论
• 4 过氧化氢在合作杨防御反应中的作用
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 植物材料
• 4.2.2 实验处理
• 2O₂含量的测定方法'>4.2.3 H₂O₂含量的测定方法
• 2O₂ 组织化学原位检测'>4.2.4 H₂O₂组织化学原位检测
• 4.2.5 数据分析
• 4.3 结果与分析
• 2O₂含量的影响'>4.3.1 不同损伤形式对损伤叶片内H₂O₂含量的影响
• 2O₂含量的影响'>4.3.2 MeJA、MeSA 熏蒸对上、下健康叶片内H₂O₂含量的影响
• 2O₂分布的组织化学定位'>4.3.3 合作杨叶片中H₂O₂分布的组织化学定位
• 4.4 讨论
• 5 茉莉酸和脱落酸在合作杨防御反应中的作用
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 植物材料
• 5.2.2 昆虫取食处理
• 5.2.3 损伤处理
• 5.2.4 MeJA 熏蒸处理
• 5.2.5 ABA 及JA 分析
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 不同损伤形式对损伤叶片内 ABA 及 JA 含量的影响
• 5.3.2 昆虫取食和 MeJA 熏蒸对邻近叶片内 JA 和 ABA 含量的影响
• 5.3.3 机械损伤对合作杨叶片中 LOX 活性的诱导作用
• 5.4 讨论
• 6 虫害对合作杨防御相关基因表达的诱导作用
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 材料与处理
• 6.2.2 RNA 提取
• 6.2.3 基因芯片流程
• 6.2.4 芯片数据处理与分析
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 总 RNA 提取
• 6.3.2 芯片信号散点图
• 6.3.3 虫害诱导的差异基因分类
• 6.4 讨论
• 6.4.1 光合作用相关基因的变化
• 6.4.2 脱落酸、茉莉酸相关调控基因的变化
• 6.4.3 活性氧迸发相关基因的表达
• 7 讨论与结论
• 7.1 讨论
• 7.2 结论
• 参考文献
• 个人简历
• 博士学位在读期间获得成果目录清单
• 导师简历
• 致谢