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高pH胁迫对拟南芥幼苗主根发生PCD的影响

作　者: 胡海洲
导　师: 李斯深
学　校: 山东农业大学
专　业: 作物遗传育种
关键词: pH 拟南芥根系 PCD
分类号: Q945.78
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本研究以模式植物拟南芥为材料,用人工控制培养基pH的方法,研究了pH对拟南芥幼苗主根生长发育的影响,重点研究了高碱胁迫下拟南芥幼苗主根发生程序性死亡的生理和细胞学变化。获得的主要成果如下:1.在pH=6.5的培养基上,拟南芥幼苗主根相对生长量比对照高12%;当pH值达到8.0及以上时,主根生长基本上完全被抑制。可见,拟南芥主根对高pH胁迫的反应很敏感。2.高pH胁迫可诱导拟南芥幼苗主根发生PCD,诱发其侧根数量的增加,并通过此调节机制使整株植物在胁迫环境下存活。对pH=8.0处理的Col的幼苗主根根尖死亡情况的分析可知,死亡的高峰期在第3天,有67.5%的主根根尖发生了死亡。通过TUNEL和DNA ladder检测发现了这种死亡是细胞程序性死亡(PCD)。3.通过对Col幼苗的主根进行的DAB染色试验,发现H2O2参与调节PCD过程,且pH越高H2O2染色结果出现的越早:pH为6.5、7.0、7.5和8.0时,H2O2染色效果最好(H2O2含量处于高峰期)的时间分别为处理后的36h、30h、24h和18h。DAB着色部位主要是根尖分生区,这与TUNEL检测结果相一致,表明拟南芥幼苗主根分生组织发生的PCD与活性氧密切相关。在pH=8.0条件下,与活性氧相关的基因如At3g03670、At4g08770、At3g49960、At1g69920的表达均增强,而且这些基因表达量最高值出现的时间点在H2O2达到最大量之前,进一步证实了活性氧类物质参与了拟南芥幼苗主根的程序性死亡过程。4. ARR5的GUS染色结果显示细胞分裂素没有参与到拟南芥幼苗对高碱胁迫的响应中。DR5的GUS染色结果显示生长素参与了拟南芥幼苗对高碱胁迫的响应中。当pH=8.0时,DR5的GUS染色结果在时间梯度上显著降低,在处理120h后几乎检测不到GUS的染色,说明生长素参与了拟南芥的适应反应。且随着时间和pH值的变化DR5主根上GUS染色点的数量有一定的变化,这进一步证明了生长素参与了拟南芥对高碱胁迫的适应反应。5. Col幼苗在pH=8.0胁迫培养基上长期放置14天后,其叶片仍保持绿色并长出新的侧根及不定根,幼苗仍然存活。说明Col幼苗可通过主根根尖分生组织发生PCD来促进侧根及不定根的生长以适应胁迫环境。将高pH胁迫后的拟南芥幼苗进行恢复也可诱导其侧根数量的增加,这与经高碱胁迫后的DR5幼苗GUS染色点增多相一致。经过胁迫的Col幼苗恢复后其侧根数量比对照多近50%,说明高pH胁迫后植株可以有效地调控相关基因的表达以调节自己的生长状态来适应解除胁迫后的环境。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-13
1 引言  13-29
  1.1 pH 对植物生理生化特性的影响  14-16
    1.1.1 土壤pH 对植物营养的影响  14-15
    1.1.2 pH 对植物细胞内代谢活动的影响  15
    1.1.3 pH 对植物细胞生长的影响  15-16
    1.1.4 pH 对植物气孔开闭的影响  16
  1.2 植物在碱胁迫下的抗性机理  16-18
  1.3 植物根系的发育  18-21
    1.3.1 植物根系的建成(root system architecture,RSA)  18-20
    1.3.2 主根根尖分生组织对逆境的响应  20-21
  1.4 植物细胞程序性死亡（PCD）的分子机制  21-27
    1.4.1 环境胁迫诱导PCD 的重要信号分子  22-26
    1.4.2 植物发生PCD 的调控基因  26-27
  1.5 研究目的和意义  27-28
  1.6 技术路线  28-29
2 材料与方法  29-36
  2.1 试验材料  29
  2.2 试验方法  29-36
    2.2.1 培养条件  29
    2.2.2 种子处理  29-30
    2.2.3 培养基配制和胁迫培养基的处理  30
    2.2.4 萌发率的测定  30
    2.2.5 叶绿素含量的测定  30
    2.2.6 主根相对生长量的测定  30
    2.2.7 拟南芥幼苗主根死亡的检测  30-32
    2.2.8 PCD 相关因子的检测  32-35
    2.2.9 高碱胁迫后拟南芥幼苗的恢复试验  35-36
3 结果与分析  36-46
  3.1 pH 值对拟南芥种子萌发及幼苗生长的影响  36-38
    3.1.1 pH 值对拟南芥种子萌发的影响  36-37
    3.1.2 pH 值对拟南芥幼苗叶绿素含量的影响  37
    3.1.3 pH 值对拟南芥幼苗主根相对生长量的影响  37-38
  3.2 高 pH 胁迫引起拟南芥主根死亡的检测  38-39
  3.3 高 pH 胁迫引起拟南芥主根 PCD 的检测  39-41
    3.3.1 TUNEL 方法验证  39
    3.3.2 DNA ladder 方法验证  39-41
  3.4 PCD 发生因子的检测  41-44
    3.4.1 H_2O_2  41-42
    3.4.2 生长素  42-43
    3.4.3 细胞分裂素  43-44
  3.5 高 pH 胁迫对拟南芥幼苗根系生长发育的影响  44-46
    3.5.1 高pH 持续胁迫对幼苗根系生长发育的影响  44
    3.5.2 解除高pH 胁迫对幼苗根系生长发育的影响  44-46
4 讨论  46-48
  4.1 逆境条件下植物PCD 的反应机制  46
  4.2 植物主根发生PCD 是一种逆境适应机制  46-47
  4.3 用高 pH 模拟土壤高碱胁迫条件研究植物抗逆机制的探讨  47-48
5 结论  48-50
参考文献  50-62
致谢  62-63
硕士期间发表论文  63-64
图版  64-69

高pH胁迫对拟南芥幼苗主根发生PCD的影响

内容摘要

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