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题名: 高山植物须弥芥耐贫瘠的机理研究
作者: 王丹丹
学位类别: 博士
答辩日期: 2012-12
授予单位: 中国科学院研究生院
导师: 李唯奇
关键词: 须弥芥,耐贫瘠,机理,膜脂,转录组测序,基因资源
学位专业: 植物学
中文摘要: 营养胁迫在全球范围内影响作物的生长和代谢从而导致作物减产甚至绝收,植物对必须矿质元素中氮、磷、钾的需求量最大,因此氮、磷、钾肥被称为农业肥料中的三要素。氮、磷、钾缺乏情况下,不仅植物的正常生长受到影响,作物的产量和品质也极大下降。因此,研究植物对氮、磷、钾缺乏的响应,尤其是对营养缺乏耐受型植物的研究就显得十分必要。我国西南横断山高山地区的荒漠土具有土壤贫瘠的特征,其中生长有模式植物拟南芥的近缘种须弥芥(Crucihimalaya himalaica),其可能对土壤贫瘠具有优良的抗性。通过对比须弥芥和拟南芥响应缺素的机制同时将得到的须弥芥转录组信息与拟南芥已有的转录组信息进行比对,揭示须弥芥耐贫瘠的机理,同时有效地挖掘须弥芥耐受贫瘠的基因资源。本文以拟南芥和拟南芥的耐贫瘠近缘种须弥芥为研究对象,比较氮、磷、钾缺乏后两种植物在生理、生化以及细胞水平上响应的异同,得到如下结果:1、须弥芥对氮、磷、钾缺乏有很强的耐受性,主要表现在缺素条件下能保持更高的地上部分干重,保持更大的莲座直径及更多的叶片数目,是一种耐贫瘠植物。在缺素条件下,须弥芥在根结构以及对生物量的分配上具有优势,体现在缺磷及磷剥夺条件下具有更多的侧根及更大的根密度,在缺钾及钾剥夺条件下根冠比显著上升,因此能吸收更多的氮、磷、钾,是其缺素条件下保持更好生长的原因之一;同时须弥芥在元素的分配上具有独特优势,优先将元素分配至叶片以保证光合作用顺利进行,是其耐缺素的又一原因。 2、氮、磷、钾缺乏对膜脂组成造成不同的影响,氮和磷的缺乏造成膜脂的降解,而钾缺乏则造成膜脂含量上升。缺氮造成所有脂类含量下降;缺磷后磷脂含量剧烈下降,糖脂含量上升以补偿磷脂的缺失,磷缺乏后磷脂的降解比氮缺乏后磷脂的降解更为剧烈;缺钾后两种植物绝大多数脂类尤其是叶片中脂类含量的上升非常明显,主要是因为缺钾后韧皮部的运输能力削弱,光合产物在地上部分积累所致。3、氮缺乏和磷缺乏后须弥芥膜脂降解程度更轻,钾缺乏后须弥芥叶片中脂类含量上升的幅度更大,尤其是叶绿体膜脂的含量显著上升。 4、缺素对膜脂组成有直接影响和间接影响: 氮素缺乏对膜脂组成的直接影响表现在氮参与PC、PE以及PS的组成,氮素缺乏势必会造成这三种脂类含量下降,氮素缺乏对膜脂组成的间接影响表现在氮元素是蛋白质、核苷酸、叶绿素等重要大分子的组成元素,除此以外,酰胺、辅酶、某些植物激素、维生素和生物碱等也含有氮,因此氮缺乏及氮剥夺对植物的各个方面都会产生不利影响,会造成所有膜脂的降解。在我们检测的11中脂类中,含磷脂类占9种,磷缺乏和磷剥夺后这9种磷脂的含量剧烈下降,磷素缺乏对膜脂组成有直接影响。 钾元素不参与植物结构物质的组成,钾的主要作用是作为渗透调节物质,保持细胞以及细胞区室的电化学平衡,调节酶的活性。钾元素对膜脂组成的间接影响体现在钾缺乏后韧皮部的运输能力削弱,光合产物在地上部分积累,造成叶片中绝大多数脂类的含量及脂类总含量上升。 5、营养缺乏条件下,须弥芥具有更高的DGDG/MGDG和PC/PE值,降低了HⅡ相形成的几率,膜稳定性更好,有利于细胞维持其完整性和功能性,是其耐缺素的又一重要原因。 在完成了对拟南芥和须弥芥贫瘠条件下的生理生化研究后,对须弥芥不同营养条件下的混合样品进行了转录组测序,为今后从分子水平上揭示须弥芥耐贫瘠的机理奠定了基础。 本文以生长于贫瘠环境中的高山植物须弥芥和模式植物拟南芥为研究对象,研究两种植物在生理、生化及细胞水平上对氮、磷、钾缺乏响应的异同,结果显示须弥芥对氮、磷、钾缺乏有很强的耐受性,是一种耐贫瘠植物。对氮、磷、钾缺乏条件下两种植物的膜脂组成进行了系统的研究,对氮缺乏和钾缺乏条件下两种植物膜脂组成的研究更是填补了氮缺乏和钾缺乏条件下膜脂组成研究的空白。本文的研究不仅为营养胁迫研究的理论体系提供了新的知识,同时,须弥芥转录组测序的完成为今后须弥芥耐贫瘠基因资源的挖掘奠定了分子基础,耐贫瘠基因资源的挖掘为今后改良作物的营养性状提供了选择,具有重要的实践意义。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.kib.ac.cn/handle/151853/18727
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王丹丹.高山植物须弥芥耐贫瘠的机理研究 .[博士学位论文].中国科学院研究生院.2012
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