響應(yīng)水分脅迫的稻水孔蛋白.pdf

1、響應(yīng)水分脅迫的稻水孔蛋白干旱缺水是全球農(nóng)業(yè)面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，也是制約我國(guó)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，作物抗旱性已經(jīng)成為植物逆境研究中的重要問(wèn)題。為了探究作物的抗旱機(jī)制，本文研究了陸稻和水稻在水分脅迫下的不同形態(tài)和生理變化、陸稻和水稻質(zhì)膜水孔蛋白家族基因?qū)λ置{迫和ABA的不同響應(yīng)，并運(yùn)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究了水孔蛋白的生理功能，實(shí)驗(yàn)主要取得如下結(jié)果：(1)通過(guò)對(duì)陸稻(中旱3號(hào))和水稻(秀水63)在20﹪PEG水分脅迫下的生理比較，研究了陸稻和水稻

2、的不同抗旱生理機(jī)制。相對(duì)秀水63，相同強(qiáng)度的水分脅迫處理使中旱3號(hào)的葉片明顯卷曲，同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)中旱3號(hào)的葉片含水量、相對(duì)累積蒸騰量較秀水63顯著下降。汞離子是許多水孔蛋白的抑制劑，通過(guò)汞離子抑制實(shí)驗(yàn)可以初步驗(yàn)證水孔蛋白的功能。通過(guò)用水孔蛋白抑制劑HgCl2短時(shí)間處理陸稻和水稻的根系，在未受脅迫時(shí)，汞處理使中旱3號(hào)和秀水63的相對(duì)蒸騰量顯著下降；在脅迫條件下中旱3號(hào)的蒸騰量顯著受到抑制，而對(duì)秀水63的影響不大。水分脅迫處理使中旱3號(hào)和秀

3、水63的葉片的滲透勢(shì)下降幅度相似，秀水63根的滲透勢(shì)的下降較中旱3號(hào)更為迅速和劇烈，說(shuō)明在水分脅迫下，秀水63的根可能具有更強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力。脅迫處理顯著地誘導(dǎo)了中旱3號(hào)葉片合成大量的脯氨酸，但在秀水63的葉和兩者的根中脯氨酸的含量變化不大，推測(cè)脯氨酸為中旱3號(hào)葉片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，而根的滲透調(diào)節(jié)可能是通過(guò)其他途徑來(lái)完成。ABA是植物抗旱過(guò)程中的重要信號(hào)分子，在脅迫條件下植物體內(nèi)大量積累ABA可以引起氣孔關(guān)閉并增加根系的水導(dǎo)度從而提高

4、植物的抗旱性。 水分脅迫處理使中旱3號(hào)葉和根的ABA含量明顯增加，而秀水63的葉和根的ABA含量基本不變。綜合以上結(jié)果，陸稻(中旱3號(hào))和水稻(秀水63)對(duì)水分脅迫的生理響應(yīng)明顯不同，陸稻可能以避旱為主(如增加根系吸水能力、減少水分散失)，而水稻可能以耐旱為主(如滲透調(diào)節(jié))，水孔蛋白和ABA則可能在陸稻的避旱機(jī)制中起了一定的作用。 (2)為了進(jìn)一步探究水孔蛋白和ABA在陸稻和水稻適應(yīng)水分脅迫中的作用，我們分別檢測(cè)了陸稻和

5、水稻在水分脅迫和外源ABA處理?xiàng)l件下質(zhì)膜水孔蛋白的表達(dá)情況。在蛋白水平，中旱3號(hào)葉和根的質(zhì)膜水孔蛋白含量明顯高于秀水63。在20﹪PEG處理10h后，中旱3號(hào)葉和根的質(zhì)膜水孔蛋白含量明顯增加，而秀水63的根的質(zhì)膜水孔蛋白含量也比處理前增加，但葉的質(zhì)膜水孔蛋白含量在脅迫前后基本不變。在mRNA水平，20﹪PEG滲透脅迫下，OsPIP1；2、OsPIP1；3、OsPIP2；1和OsPIP2；5在中旱3號(hào)的根中表達(dá)上調(diào)，OsPIP1；2和Os

6、PIP1；3在中旱3號(hào)的葉片被上調(diào)；而秀水63在滲透脅迫下沒有水孔蛋白基因被明顯上調(diào)；同時(shí)外源ABA處理也誘導(dǎo)了OsPIP1；2和OsPIP2；5的上調(diào)。由以上結(jié)果，我們推測(cè)OsPIP1；2和OsPIP2；5的表達(dá)可能依賴ABA，而OsPIP1；3和OsPIP2；1的表達(dá)可能不依賴ABA。 (3)為了進(jìn)一步了解水孔蛋白在稻抗旱中的作用，我們?cè)谒局羞^(guò)表達(dá)水孔蛋白OsPIP1；1和OsPIP1；3，然后對(duì)轉(zhuǎn)基因植株進(jìn)行了生理分析。

7、考慮到水稻是單子葉植物，我們選用了來(lái)自玉米的組成型強(qiáng)啟動(dòng)子(UBI-promoter)。隨后利用根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法將UBI∷OsPIP1；1和UBI∷OsPIP1；3分別轉(zhuǎn)入水稻。通過(guò)PCR檢測(cè)確定轉(zhuǎn)化水稻成功。通過(guò)realtimeRT-PCR檢測(cè)，轉(zhuǎn)UBI∷OsPIP1；1和UBI∷OsPIP1；3植株的的表達(dá)量明顯高于轉(zhuǎn)空載體的對(duì)照。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在水分充足的條件下，過(guò)表達(dá)OsPIP1；1和OsPIP1；3加速了種子萌發(fā)，并在隨后