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植物次生代谢在抗氧化胁迫和有机污染物毒害中的作用及调控机制

作　者: 顾敏
导　师: 喻景权
学　校: 浙江大学
专　业: 蔬菜学
关键词: 苯丙烷类代谢 PAL 百草枯紫外辐射(UV-B) EBR 总酚类黄酮木质素三氯苯酚毒死蜱土霉素抗氧化谷胱甘肽解毒
分类号: S184
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

设施栽培业已成为我国现代农业中的重要组成部分,但是由于农作物生长发育对环境条件的较高要求以及农业基础设施、生产管理水平的相对落后,导致农作物的产量和品质常常受到低温、高温、干旱、盐害等非生物逆境和病虫害等生物逆境的影响。次生代谢是植物在长期进化中与环境相互作用的结果,次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上充当着重要的角色。因此,研究次生代谢的合成途径以及其与环境胁迫的关系,探索一条植物的抗性、产量及品质安全调控的新途径对于建立可持续农业具有非常重要的理论和实践意义。本文先以拟南芥(Arabidopsis thaliana)野生型和pall pal2突变体为材料,研究了拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对次生代谢和氧化胁迫的影响;又以黄瓜(Cucumis sativus L.)为材料,研究了叶面喷施24-表油菜素内酯(EBR)对黄瓜次生代谢的影响以及叶面喷施EBR缓解黄瓜有机污染物毒害的生理与分子机理研究。所取得的主要研究结果如下:1.拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变能够抑制苯丙烷类代谢途径的进程从而降低对氧化胁迫的抗性。结果表明,缺失PAL1和PAL2基因能有效改变拟南芥植株表观形态和生物量,且pall pal2突变体的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性显著下降。同时,PAL1和PAL2双基因缺失突变阻碍了总酚、类黄酮和木质素的合成,显著降低DPPH自由基清除活性和CAD、G-POD、CA-POD、CGA-POD、PPO活力。当pall pal2突变体受到氧化胁迫后叶绿素荧光参数显著降低,说明由于PAL1和PAL2基因的存在能够缓解百草枯胁迫、紫外辐射胁迫对植株造成的伤害。因此,PAL通过调控次生代谢对植物抗逆反应具有积极作用。2.叶面喷施EBR能够促进黄瓜叶片和根系次生代谢的进程。结果表明,EBR处理后短时间内即诱导黄瓜总酚、类黄酮、木质素含量以及DPPH自由基清除活性的上升,直至2 d后次生代谢物质含量显著下降,然后随着时间的延长恢复到正常水平。同时,EBR处理使黄瓜体内的次生代谢相关酶活性呈现出类似的周期性变化。然后,选择次生代谢变化幅度最明显的时间点进行测定,肉桂酸、对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸的变化规律与总酚、类黄酮、木质素一致,而次生代谢相关基因的表达量也与次生代谢相关酶活性一致。值得注意的是,叶面喷施EBR导致黄瓜叶片中的次生代谢变化均早于根系。因此,BR可能是通过可移动运输的物质作为信号从而促进植株整体的次生代谢。3.EBR能够加速有机污染物在黄瓜体内的代谢从而缓解毒害。首先,确定了三种具有代表性的有机污染物的实验使用浓度,三氯苯酚(属于氯代酚类化合物)为5μM,毒死蜱(属于农药)为10μM,土霉素(属于抗生素)为50μM。结果表明,有机污染物能够明显抑制黄瓜的地上部、地下部生长量,而不同浓度的EBR预处理都显著缓解有机污染物对生长量的受抑现象,以0.1μM缓解效果最佳。然后,对抗氧化能力、谷胱甘肽S-转移酶和次生代谢进行测定,EBR预处理显著降低膜质过氧化(MDA)程度,明显提高有机污染物处理后SOD、CAT、APX的活性和基因表达量;EBR显著提高GSH+GSSG、GSH的含量以及GST、GR的活性和基因表达量,调节GSH/GSSG氧化还原状态;EBR促进有机污染物处理后次生代谢物质的积累,显著提高PAL、PPO、G-POD的活性和基因表达量。因此,BR作为环境友好的天然化合物在解决有机环境污染的问题上有广阔的应用前景。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-11
缩略词表  11-15
1 引言  15-29
  1.1 植物对环境胁迫的适应机制  15-16
  1.2 植物次生代谢概述  16-18
  1.3 植物次生代谢与非生物环境的关系  18-20
  1.4 植物次生代谢与生物环境的关系  20-23
    1.4.1 植物次生代谢与化学防御  20-21
    1.4.2 植物次生代谢与致病微生物  21
    1.4.3 植物次生代谢与化感作用  21-22
    1.4.4 植物次生代谢与菌根共生  22-23
  1.5 油菜素内酯对植物生长发育的调控机制  23-24
  1.6 油菜素内酯对植物环境适应性的调控机制  24-26
    1.6.1 BR介导的渗透胁迫抗性  24-25
    1.6.2 BR介导的氧化胁迫抗性  25
    1.6.3 BR介导的高温胁迫抗性  25-26
    1.6.4 BR介导的病害侵染抗性  26
  1.7 本文研究目的及意义  26-29
2 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对次生代谢和氧化胁迫的影响  29-44
  2.1 材料与方法  31-35
    2.1.1 材料培养和实验设计  31-32
    2.1.2 苯丙氨酸解氨酶活性测定  32
    2.1.3 次生代谢物质含量测定  32-33
    2.1.4 次生代谢相关酶活性测定  33-34
    2.1.5 叶绿素荧光成像分析  34
    2.1.6 统计分析  34-35
  2.2 结果  35-41
    2.2.1 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对植株生长的影响  35
    2.2.2 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对苯丙氨酸解氨酶活性的影响  35-36
    2.2.3 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对次生代谢物质含量的影响  36-37
    2.2.4 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对次生代谢相关酶活性的影响  37
    2.2.5 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对百草枯胁迫的影响  37-39
    2.2.6 拟南芥PAL1和PAL2双基因缺失突变对紫外辐射胁迫的影响  39-41
  2.3 讨论  41-44
3 叶面喷施24-表油菜素内酯对黄瓜次生代谢的影响  44-60
  3.1 材料与方法  46-51
    3.1.1 材料培养和实验设计  46-47
    3.1.2 次生代谢物质含量测定  47
    3.1.3 酚类化合物含量测定  47
    3.1.4 次生代谢相关酶活性测定  47-48
    3.1.5 总RNA提取及cDNA合成  48
    3.1.6 荧光实时定量PCR分析  48-50
    3.1.7 统计分析  50-51
  3.2 结果  51-57
    3.2.1 叶面喷施EBR对黄瓜叶片和根系次生代谢物质含量的影响  51
    3.2.2 叶面喷施EBR对黄瓜叶片和根系酚类化合物含量的影响  51-54
    3.2.3 叶面喷施EBR对黄瓜叶片和根系次生代谢相关酶活性的影响  54-55
    3.2.4 叶面喷施EBR对黄瓜叶片和根系次生代谢相关基因表达的影响  55-57
  3.3 讨论  57-60
4 叶面喷施24-表油菜素内酯缓解黄瓜有机污染物毒害的生理与分子机理研究  60-78
  4.1 材料与方法  62-67
    4.1.1 材料培养和实验设计  62-63
    4.1.2 丙二醛含量测定  63-64
    4.1.3 抗氧化酶活性测定  64
    4.1.4 谷胱甘肽含量、解毒酶活性测定  64-65
    4.1.5 次生代谢物质含量、次生代谢相关酶活性测定  65
    4.1.6 荧光实时定量PCR分析  65-66
    4.1.7 统计分析  66-67
  4.2 结果  67-76
    4.2.1 有机污染物处理对黄瓜地上部、地下部生长量和根系伸长率的影响  67-69
    4.2.2 叶面喷施EBR和有机污染物处理对黄瓜地上部、地下部生长量的影响  69
    4.2.3 叶面喷施EBR和有机污染物处理对黄瓜根系丙二醛含量的影响  69-70
    4.2.4 叶面喷施EBR和有机污染物处理对黄瓜根系抗氧化酶活性和基因表达的影响  70-72
    4.2.5 叶面喷施EBR和有机污染物处理对黄瓜根系谷胱甘肽含量、解毒酶活性和基因表达的影响  72-74
    4.2.6 叶面喷施EBR和有机污染物处理对黄瓜根系次生代谢物质含量、次生代谢相关酶活性和基因表达的影响  74-76
  4.3 讨论  76-78
5 主要结论与展望  78-81
参考文献  81-103
个人简历及发表论文  103

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