首页> 正文

气孔对活性氧介导的胁迫信号反应的分子和生理机制研究

2020-11-29阅读(731)

气孔对活性氧介导的胁迫信号反应的分子和生理机制研究

论文摘要

已知气孔可以灵敏的感受外界环境信号的刺激,使之处于合适的开闭状态。逆境胁迫可以引起植物体内活性氧的产生和积累,活性氧可作为信号分子调节基因表达和多种生理反应,例如活性氧可以诱导气孔关闭和减少植物水分散失。探讨活性氧在植物气孔运动调节中的作用一直备受人们关注。本文采用远红外成像技术,筛选和鉴定了与气孔调节相关的、对H2O2和高温双重胁迫不敏感拟南芥突变体;并从植物整体水平上分析了H2O2介导的气孔运动调节的蚕豆抗盐反应的生理机制。首先,我们利用远红外成像技术,在H2O2胁迫条件下,筛选得到了两株叶片温度较低的拟南芥突变体roi30和roi45:遗传学分析表明,roi30和roi45是等位基因隐性突变体,我们将其命名为roi1-1和roi1-2。生理学分析表明,在H2O2和45℃高温胁迫条件下,roi1-1和roi1-2突变体的气孔开度较大,离体叶片失水率在80 min时达到65%和45%,而野生型的失水率仅有15%左右;延长高温处理的时间到20 h,roi1-1和roi1-2突变体的死亡率可高达60%和50%左右,而野生型的死亡率只有5%。因此,roi1-1和roi1-2是在H2O2和高温胁迫条件下气孔调节反应缺失的拟南芥突变体。图位克隆分析表明,突变基因ROI1编码一个蛋白激酶,ROI1基因主要在拟南芥叶片保卫细胞和维管系统中表达,定位在保卫细胞的细胞核内。ROI1蛋白和拟南芥热激转录因子HSF3存在直接相互作用,HSF3可抑制ROI1的磷酸化和自身磷酸化水平。ROI1基因突变抑制热激反应蛋白Gols1基因的转录,而HSF3基因突变不抑制GOLs1的转录。通过分析hsf3、gols1、roi1-1和roi1-1/hsf3突变体的表型发现,gols1和roi1-1突变体类似,缺乏对高温胁迫的抗性,而hsf3突变体反而提高了植株的抗高温胁迫能力,roi1-1/hsf3双突变体对高温胁迫的抗性和roi1-1突变体类似。因此,拟南芥ROI1定位在气孔保卫细胞内,参与调节植物体内H2O2产生和气孔运动,协调拟南芥抗高温反应。其次,为了探讨根部细胞如何感受和传递刺激信号,协调地上部分的反应,实验用盐胁迫作为刺激条件,分析根部胁迫和气孔反应的关系,结果表明,盐胁迫可引起叶片温度升高和气孔关闭,促进根、蒸腾流和气孔保卫细胞中H2O2含量增加,而且蒸腾流中的H2O2含量与土壤中的NaCl浓度相关;蒸腾流可以诱导蚕豆表皮条气孔的关闭,该作用可被10 mmmol/L的AsA抑制;推测,H2O2可被根部NaCl胁迫诱导产生,并通过蒸腾流运输到叶片调节气孔的运动。另外,Na+可能通过质膜K+通道进入保卫细胞;H2O2可抑制保卫细胞质膜K+通道开放和减少Na+进入。喷施适当浓度H2O2可以促进蚕豆叶片气孔关闭,抑制土壤中NaCl胁迫引起的蚕豆体内Na+离子的过多积累,降低蚕豆叶片的Na+/K+比。因此,气孔可以作为盐胁迫信号的感应子,协调整株植物对盐胁迫的抗性。总之,盐胁迫条件下,H2O2诱导气孔关闭的机理为人们了解植物“top-down”调节机制和植物控制盐在叶片和茎部过度积累提供了新的依据。当过量的盐分进入叶片和茎部并超出植物液泡区域化能力时,这种“top-down”调节显得尤为重要。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 缩略词表
  • 第一部分 引言
  • 第一章 植物对非生物胁迫反应及信号转导
  • 一、植物高温胁迫反应及其信号转导
  • 1.热激蛋白
  • 2.热激转录因子
  • 3.热激反应信号转导
  • 二、盐胁迫信号转导机制
  • 1.植物细胞对离子的吸收和区域化
  • 2.SOS信号转导途径
  • 三、非生物胁迫感受和气孔运动的调节
  • 1.不同环境刺激与气孔反应
  • 2.保卫细胞膜上离子通道
  • 3.非生物胁迫感受和气孔运动
  • 第二章 立题依据和实验技术线路
  • 一、立题依据
  • 1.逆境胁迫与活性氧产生
  • 2.活性氧与气孔运动
  • 3.逆境胁迫、气孔运动和活性氧
  • 4.远红外成像技术研究气孔运动
  • 二、实验设计线路
  • 第二部分 活性氧不敏感突变体的气孔调控反应
  • 2O2不敏感拟南芥突变体的筛选及突变体分析'>第三章 H2O2不敏感拟南芥突变体的筛选及突变体分析
  • 一、引言
  • 二、材料和方法
  • 1.植物材料培养
  • 2O2和高温胁迫相关突变体的筛选及表型分析'>2.H2O2和高温胁迫相关突变体的筛选及表型分析
  • 3.突变体的遗传学分析和图位克隆
  • 4.质粒载体的构建
  • 5.农杆菌（GV3101）感受态细胞的制备及转化
  • 6.转基因植株的筛选和鉴定
  • 7.β-葡糖醛酸酶（GUS）的组织化学鉴定
  • 8.GFP融合蛋白的细胞定位分析
  • 9.定量PCR分析pCAMBIA1205-ROI1转基因植株的ROI1基因表达
  • 10.ROI1基因T-DNA插入突变体的鉴定
  • 三、实验结果
  • 1.远红外成像技术筛选高温敏感拟南芥突变体roi30和roi45
  • 2.roi1-1和roi1-2缺乏对高温胁迫的抗性
  • 3.高温胁迫对roi1-1和roi1-2气孔开度和叶片失水率的影响
  • 4.高温对roi1-1和roi1-2死亡率的影响
  • 5.roi1-1利roi1-2突变体遗传学分析
  • 6.图位克隆突变基因
  • 7.ROI1组织表达分析
  • 8.ROI1的细胞内定位分析
  • 9.ROI1超表达植株（OE-ROI1）和T-DNA插入突变体的表型分析
  • 四、讨论
  • 第四章 ROI1和HSF3互作及在植物抗高温反应中的作用
  • 一、引言
  • 二、材料和方法
  • 1.载体的构建
  • 2.酵母双杂交
  • 3.Pull-Down
  • 4.ROI1重组GST融合蛋白表达、提取和鉴定
  • 5.YFP荧光的分析实验
  • 6.蛋白磷酸化实验
  • 7.RT-PCR和定量PCR实验
  • 8.HSF3和Gols1的T-DNA插入突变体的鉴定
  • 三、结果
  • 1.ROI1相互作用蛋白的筛选和分析
  • 2.YFP融合蛋白技术分析ROI1和HSF3在体内互作
  • 3.ROI1蛋白的激酶活性分析
  • 4.roil-1突变体内热激蛋白基因的表达分析
  • 5.gols1、hsf3、roi1-1和roi1-1/hsf3双突变体的高温胁迫表型分析
  • 2O2产生和气孔开度的影响'>6.ROI1和HSF3基因突变对拟南芥H2O2产生和气孔开度的影响
  • 四、讨论
  • 2O2作为根源信号介导气孔反应机制'>第三部分 H2O2作为根源信号介导气孔反应机制
  • 2O2介导NaCl胁迫诱导蚕豆气孔的关闭反应'>第五章 H2O2介导NaCl胁迫诱导蚕豆气孔的关闭反应
  • 一、引言
  • 二、材料和方法
  • 1.植物材料
  • 2.土壤NaCl胁迫条件下,蚕豆叶片表面温度的测定
  • 3.表皮条生物分析
  • +、K+含量的测定'>4.Na+、K+含量的测定
  • 5.标准曲线的制作
  • 2O2含量'>6.DAB染色测定H2O2含量
  • 7.激光扫描共聚焦检测
  • 三、实验结果
  • 1.土壤NaCl胁迫引起蚕豆叶片温度升高
  • 2.土壤NaCl胁迫诱导蚕豆叶片气孔关闭
  • +的含量'>3.土壤NaCl胁迫增加蚕豆叶片Na+的含量
  • 4.NaCl直接处理不能促进蚕豆叶片表皮条气孔关闭
  • 2O2含量增加'>5.土壤中的NaCl胁迫可促进蚕豆根部H2O2含量增加
  • 2O2含量的影响'>6.土壤NaCl胁迫对蚕豆叶片保卫细胞H2O2含量的影响
  • 2O2含量的影响'>7.NaCl直接处理对保卫细胞H2O2含量的影响
  • 2O2浓度增加'>8.土壤NaCl胁迫促进蚕豆蒸腾流中H2O2浓度增加
  • 2O2对蚕豆表皮条气孔开度的影响'>9.蒸腾流和H2O2对蚕豆表皮条气孔开度的影响
  • 四、讨论
  • 2O2对蚕豆保卫细胞质膜K+通道和Na+、K+积累的影响'>第六章 H2O2对蚕豆保卫细胞质膜K+通道和Na+、K+积累的影响
  • 一、引言
  • 二、材料和办法
  • 1.植物材料
  • 2.气孔开度的分析
  • +和K+浓度'>3.等离子发射光普测定蚕豆叶片Na+和K+浓度
  • 4.保卫细胞原生质体的分离
  • 5.FDA分析原生质体活性
  • 6.膜片钳技术记录全细胞通道电流
  • 7.通道电流分析
  • 三、实验结果
  • 2O2蚕豆气孔开度影响'>1.外源喷施H2O2蚕豆气孔开度影响
  • 2O2预处理对NaCl胁迫条件下蚕豆Na+、K+含量和K+/Na+比值的影响'>2.H2O2预处理对NaCl胁迫条件下蚕豆Na+、K+含量和K+/Na+比值的影响
  • 3.蚕豆保卫细胞原生质体的分离及活性鉴定
  • 4.膜片钳记录离子通道电流类型分析
  • +通道电流的影响'>5.外源NaCl对保卫细胞原生质体质膜K+通道电流的影响
  • 2O2可以抑制Na+诱导的保卫细胞质膜K+通道电流'>6.外源H2O2可以抑制Na+诱导的保卫细胞质膜K+通道电流
  • 四、讨论
  • 第四部分 结论
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].气孔谱系细胞发育的分子基础及其调控机制[J]. 植物生理学报 2019(11)
    • [2].激素与气孔发育研究进展[J]. 西北植物学报 2015(04)
    • [3].短期干旱胁迫下棉花气孔表现及光合特征研究[J]. 中国生态农业学报(中英文) 2019(06)
    • [4].硫化氢参与镉诱导拟南芥气孔的关闭[J]. 山西大学学报(自然科学版) 2016(01)
    • [5].化工管道安装中焊接气孔的防止措施[J]. 中国新技术新产品 2016(19)
    • [6].植物气孔原始形态—“前气孔”的发现[J]. 电子显微学报 2020(04)
    • [7].气孔发育及其调控因素的研究进展[J]. 植物生理学报 2016(06)
    • [8].气孔发育及其调控[J]. 植物生理学报 2012(09)
    • [9].植物应对干旱胁迫的气孔调节[J]. 应用生态学报 2019(12)
    • [10].顺气孔插枝疗法治疗山羊传染性结膜炎[J]. 安徽农学通报(下半月刊) 2010(18)
    • [11].减少连铸头坯气孔的生产实践[J]. 武钢技术 2010(06)
    • [12].中科院微生物所揭示气孔在植物免疫中的新功能[J]. 农药市场信息 2019(07)
    • [13].板状对接仰焊时气孔的产生及预防[J]. 金属加工(热加工) 2012(18)
    • [14].某艇铝质TIG/MIG焊气孔的产生与防止[J]. 职业 2009(26)
    • [15].拟南芥气孔发育的分子遗传机制[J]. 细胞生物学杂志 2009(06)
    • [16].不锈钢焊条焊接气孔影响因素分析[J]. 农机使用与维修 2008(05)
    • [17].不同光环境与氮肥互作对玉米气孔特征的影响[J]. 河南农业科学 2008(09)
    • [18].小麦离体表皮上气孔对若干关键生理因子的应答反应[J]. 植物生理学报 2015(05)
    • [19].蓝宝石单晶的气孔形成研究[J]. 无机材料学报 2008(03)
    • [20].田野菟丝子寄生对薇甘菊气孔行为的影响[J]. 广西植物 2008(05)
    • [21].铝合金MIG焊气孔的成因及消除措施[J]. 金属加工(热加工) 2015(12)
    • [22].小气孔蕴藏大秘密[J]. 生命世界 2011(04)
    • [23].铜导线短路熔痕内部气孔分布规律研究[J]. 科技信息 2010(30)
    • [24].汽车车灯换气孔布置的热分析[J]. 车辆与动力技术 2009(03)
    • [25].感知气孔存在的几种小实验[J]. 生物学教学 2016(10)
    • [26].西式肉糜火腿气孔成因分析[J]. 肉类工业 2011(07)
    • [27].西式肉糜火腿气孔成因分析[J]. 甘肃科技 2011(01)
    • [28].植物叶表气孔日变化规律与叶厚参数的相关性初探[J]. 浙江农业学报 2015(01)
    • [29].植物小气孔“责任”很重大[J]. 农家书屋 2019(03)
    • [30].方解石对砖体内气孔封闭的影响[J]. 耐火与石灰 2011(05)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    气孔对活性氧介导的胁迫信号反应的分子和生理机制研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5