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施磷对干旱胁迫下箭竹根系呼吸及线粒体内活性氧防除途径的影响

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摘要

1 绪论

1．1 干旱对植物的影响

1．1．1 活性氧(ROS)变化

1．1．2 细胞膜变化

1．1．3 细胞超微结构变化

1．1．4 光合作用变化

1．1．5 呼吸作用变化

1．2 根系在植物感受土壤干旱胁迫中的重要性及研究进展

1．3 根系呼吸代谢在土壤干旱胁迫中的重要性及研究进展

1．4 线粒体内活性氧(ROS)清除及防御机制

1．5 施磷对受旱植物的影响

1．6 箭竹的研究进展

1．7 本论文研究的目的、内容和意义

2 材料与方法

2．1 材料培养及处理

2．2 试验方法

2．2．1 根系超氧阴离子(O2-．)产生速率及过氧化氢(H2O2)与丙二醛(MDA)的含量测定

2．2．2 根系线粒体的提取及其呼吸速率的测定

2．2．3 根系呼吸代谢途径关键酶活性的测定

2．2．4 根系丙酮酸含量的测定

2．2．5 根系线粒体的提取及其抗氧化酶活性和抗氧化物质含量的测定

2．2．6 Real-Time PCR分析基因相对表达量

2．3 数据统计分析

3 结果与分析

3．1 施磷对干旱胁迫下箭竹根系活性氧(ROS)产生及膜脂过氧化的影响

3．1．2 施磷对干旱胁迫下箭竹根系丙二醛(MDA)含量的影响

3．2 施磷对干旱胁迫下箭竹根系呼吸的影响

3．2．1 施磷对干旱胁迫下箭竹根系线粒体呼吸速率的影响

3．2．2 施磷对干旱胁迫下箭竹根系细胞色素氧化酶(COX)活性的影响

3．2．3 施磷对干旱胁迫下箭竹根系糖酵解途径关键酶活性的影响

3．2．4 施磷对干旱胁迫下箭竹根系三羧酸循环途径关键酶活性的影响

3．2．5 施磷对干旱胁迫下箭竹根系戊糖磷酸途径关键酶活性的影响

3．2．6 施磷对干旱胁迫下箭竹根系丙酮酸含量的影响

3．3．1 施磷对干旱胁迫下箭竹根系线粒体中抗氧化酶活性的影响

3．3．2 施磷对干旱胁迫下箭竹根系线粒体中抗氧化物质含量的影响

3．4 施磷对干旱胁迫下箭竹根系呼吸代谢关键酶及其线粒体中抗氧化酶基因相对表达水平的影响

3．4．1 施磷对干旱胁迫下箭竹根系呼吸代谢关键酶基因相对表达水平的影响

3．4．2 施磷对干旱胁迫下箭竹根系线粒体抗氧化酶基因相对表达水平的影响

4 讨论

4．2 施磷对干旱胁迫下箭竹根系呼吸的影响

4．3 施磷对干旱胁迫下箭竹根系线粒体中抗氧化系统的影响

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明

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摘要

干旱作为一种最严重的非生物胁迫因子极大地限制了植物的生长发育、生产力大小及其自然更新。随着我国干旱的频率、强度及区域不断增加，这势必会对作为浅根系而对干旱十分敏感的大熊猫主食箭竹自然更新造成严重影响，使大熊猫将面临缺食危机。此外，干旱也会显著降低被认为是限制植物生长发育最重要元素磷在土壤中的有效性，加之因箭竹生长快速也易使土壤中有效磷匮缺，这也会严重影响箭竹自然更新。然而，有关箭竹对干旱的响应及磷调控机制的研究却鲜见报道。此外，作为最先感受土壤干旱的根系，其呼吸代谢在植物适应干旱中发挥着重要作用，但这在木本植物上很少受关注。为此，本项目以缺苞箭竹（Fargesia denudata）根系为研究对象，利用一些生化试验方法及RT-PCR技术，从呼吸代谢及线粒体活性氧防除角度，在组织及亚细胞水平上研究箭竹根系对干旱的响应和磷素调控的生理与分子机制，主要研究结果如下:
　　1、研究了施磷对干旱胁迫下箭竹根系活性氧及膜脂过氧化的影响。结果表明，在干旱胁迫下，箭竹根系超氧阴离子(O2-·)产生速率及过氧化氢(H2O2)含量均显著提高，从而导致了受旱箭竹根系中作为表征膜脂过氧化程度的丙二醛(MDA)含量显著增加。然而，施磷减少了受旱箭竹根系中O2-·产生速率及H2O2含量，特别是H2O2含量，进而显著减少了受旱箭竹根系MDA含量，因此施磷减少了干旱对箭竹根系的氧化伤害。
　　2、研究了施磷对干旱胁迫下箭竹根系呼吸代谢的影响。结果表明，干旱胁迫降低了箭竹根系线粒体的总呼吸速率和细胞色素呼吸速率，而且也降低了细胞色素途径关键酶COX活性与基因相对表达水平，因此干旱胁迫引起箭竹根系产生大量ROS损伤了线粒体功能。与此同时，干旱胁迫提高了箭竹根系线粒体的交替呼吸速率，而且也显著增加了交替途径关键酶AOX基因相对表达水平，这可减少干旱胁迫下箭竹根系ROS的产生，从而使其具有一定的抗旱性。施磷显著提高了受旱箭竹根系AOX基因相对表达水平及显著减缓了对其表达有促进作用的丙酮酸含量的下降，结果提高了其线粒体交替呼吸速率，这些可显著减少受旱箭竹根系ROS产生及膜脂过氧化伤害，进而伴随着其COX活性和基因相对表达水平的增加，结果使其总呼吸速率及细胞色素呼吸速率有一定增加。此外，干旱胁迫总体上显著降低了EMP和TCA这两条路径6个关键酶的活性及其基因相对表达水平;然而，施磷减缓了这两条路径关键酶活性及其基因相对表达水平的下降，从而减轻了EMP和TCA这两条路径的受阻程度。此外，干旱胁迫显著增加了箭竹根系6-P-GDH和G-6-PDH的活性和基因相对表达水平，所以干旱胁迫增加了箭竹根系中戊糖磷酸途径，从而使其具有一定的抗旱性。施磷显著增加了受旱箭竹根系6-P-GDH和G-6-PDH的活性及基因相对表达水平，这可显著提高受旱箭竹根系中戊糖磷酸途径。因此，施磷能通过提高交替呼吸途径及戊糖磷酸途径来减轻干旱胁迫下箭竹根系的氧化伤害，从而提高其抗旱性。
　　3、研究了施磷对干旱胁迫下箭竹根系线粒体中抗氧化系统的影响。结果表明，干旱胁迫显著增加了箭竹根系线粒体中抗氧化酶(SOD、APX、MDHAR、DHAR和GR)活性，总体上也提高了这些抗氧化酶的基因相对表达水平，同时也增加了AsA和GSH的含量，这些有助于减少干旱胁迫下箭竹根系线粒体中ROS的积累，进而减少其氧化伤害，使其最终能在干旱胁迫下得以生存。施磷增加了受旱箭竹根系线粒体中大部分抗氧化酶活性(SOD、APX、MDHAR和DHAR)，尤其是MDHAR活性，而且也显著增加了大部分抗氧化酶(SOD、APX、DHAR和GR)的基因相对表达水平及AsA的含量，这些可显著减少其ROS的积累和膜脂过氧化伤害。因此，施磷也能通过提高抗氧化系统来降低干旱胁迫下箭竹根系的氧化伤害，从而提高其抗旱性。

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