楊樹耐受鹽脅迫和日光紫外線-B輻射的生理與分子機制.pdf

1、土地鹽漬化和增強的日光紫外線-B輻射(UV-B,280-315nm)嚴重影響著全球的自然生態(tài)環(huán)境和農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)，特別是在生態(tài)脆弱的干旱和半干旱地區(qū)。楊樹是世界上分布最廣也是適應性最強的木本植物，新疆楊(Populus alba)和俄羅斯楊(Populus russkii)是廣泛分布于我國大西北地區(qū)的兩類楊屬樹種，這兩種楊樹對于鹽分脅迫的耐受性具有明顯差異。
　　本研究以新疆楊和俄羅斯楊為材料，通過鹽脅迫處理、增強 UV-B輻射以及U

2、V-B&Salt復合脅迫處理研究了兩種楊樹的生理生化及分子響應機制；同時本研究還利用水培條件進行高濃度的鹽分脅迫處理，研究了兩種楊樹的Na+/K+離子吸收轉(zhuǎn)運特性和基因通量表達差異以及其對鹽脅迫的一系列生理和分子適應機制。本研究的主要結(jié)果如下：
　　(1)鹽脅迫、UV-B輻射及UV-B&Salt復合脅迫均對兩種楊樹的光合作用系統(tǒng)和活性氧(ROS)代謝系統(tǒng)造成較大影響，如凈光合作用速率(Pn)、最大光化學效率(Fv/Fm)及光合色素

3、含量降低，熱耗散量子比率(Fo/Fm)增大；過氧化氫(H2O2)含量和丙二醛(MDA)含量升高，一系列抗氧化酶(如POD、CAT、APX和GR)活性增強。此外這三種不同脅迫還使?jié)B透保護物質(zhì)如脯氨酸、甘氨酸-甜菜堿及可溶性蛋白的含量升高?？傮w而言兩種楊樹對于鹽脅迫和UV-B輻射的生理響應存在較多相似之處，并且在復合脅迫下兩種楊樹啟動的防御保護機制最強，中等濃度的鹽分脅迫使楊樹及時地啟動了防御機制，從而減緩了UV-B輻射的傷害。
　　

4、(2) UV-B輻射及UV-B&Salt復合處理能夠誘發(fā)楊樹UV-B信號傳導途徑中一系列關鍵基因的表達，如參與 UV-B光形態(tài)建成的關鍵基因 HY5、COP1、STO/BBX24和STH2，同時還使苯丙烷代謝途徑的一系列關鍵基因上調(diào)表達如CHS1、CHS4、FLS1和FLS2等。此外鹽脅迫也能刺激新疆楊楊苯丙烷代謝途徑中關鍵基因的表達。上述基因的表達能夠有效感知和響應 UV-B輻射，并且能夠啟動和促進苯丙烷代謝產(chǎn)物的合成，進而使楊樹能夠

5、有效抵御UV-B輻射所造成的傷害。
　　(3)通過 qPCR的方法檢測了不同脅迫對新疆楊葉片的基因組 DNA造成的損傷程度，發(fā)現(xiàn)UV-B輻射造成的損傷程度最為嚴重，而在UV-B&Salt復合脅迫下的DNA損傷程度顯著低于單一UV-B處理；同時通過檢測楊樹DNA損傷修復基因的表達發(fā)現(xiàn)，在UV-B&Salt復合脅迫下，新疆楊葉片中光修復酶基因 PHR、MMR損傷修復系統(tǒng) MSH2-MSH6以及 DNA損傷結(jié)合蛋白DDB1a和DDB2均

6、有較大幅度的上調(diào)，并且這種上調(diào)表達的幅度較單一UV-B輻射更高，表明鹽脅迫能夠明顯緩解 UV-B輻射對楊樹造成的傷害。
　　(4)通過水培條件對兩種楊樹進行高濃度的鹽處理，同時添加可能參與Na+吸收轉(zhuǎn)運的各轉(zhuǎn)運蛋白及離子通道的抑制劑，對兩種楊樹低親和性 Na+吸收系統(tǒng)進行藥理學分析，結(jié)果表明兩種楊樹 Na+低親和性吸收存在較為明顯的差異。新疆楊中介導 Na+低親和性吸收系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運蛋白及離子通道主要包括 K+通道和非選擇性陽離子通道

7、(NSCCs)；而在俄羅斯楊中介導 Na+低親和性吸收的轉(zhuǎn)運蛋白及離子通道主要包括 K+通道蛋白、高親和K轉(zhuǎn)運蛋白和非選擇性陽離子通道(NSCCs)等。
　　(5)通過水培條件對兩種楊樹進行短期(24h)和中長期(12-15d)的高濃度鹽分脅迫處理，發(fā)現(xiàn)兩種楊樹在鹽脅迫下的Na+的吸收分布、抗氧化酶系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)保護物質(zhì)的合成以及 Na+/K+離子轉(zhuǎn)運蛋白的表達均存在較為明顯的差異。新疆楊在短期鹽脅迫下就能夠及時有效地啟動抗逆保護

8、機制，能夠通過上調(diào)一系列抗鹽基因的表達，如位于液泡膜的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白NHX、質(zhì)膜上的Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運蛋白 SOS1和鈉鉀共轉(zhuǎn)運蛋白 HKT1;1等；而俄羅斯楊在鹽脅迫下這些重要的抗鹽基因的表達量均沒有表現(xiàn)出升高的趨勢。因而導致兩種楊樹在鹽分脅迫下表現(xiàn)出明顯的差異。
　　(6)通過 RNA-Seq測序?qū)煞N楊樹在短期和中長期鹽脅迫下的基因表達譜進行分析表明，鹽脅迫下兩種楊樹根系中存在大量的差異表達基因，對這些差異表達基