發(fā)布時(shí)間：2018-05-15 03:02

  本文選題：水分脅迫 + 叢枝菌根真菌��； 參考：《西北農(nóng)林科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：本研究以寧夏枸杞(Lycium barbarum L.)和叢枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌根內(nèi)球囊霉(Rhizophagus irregularis)為材料,通過(guò)分析不同程度水分脅迫下AM真菌對(duì)寧夏枸杞水分狀況、光合、糖水平和磷水平的影響,著重從AM共生體“碳磷交換”的磷入手,采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR、CODE-HOP同源克隆、RACE、酵母突變體互補(bǔ)、煙草瞬時(shí)表達(dá)、激光掃描共聚焦顯微等技術(shù)和方法,系統(tǒng)研究了水分脅迫下AM誘導(dǎo)和非AM誘導(dǎo)的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的表達(dá)對(duì)寧夏枸杞磷吸收和再分布的響應(yīng),揭示了水分脅迫下叢枝菌根真菌調(diào)控寧夏枸杞抗旱及磷代謝的機(jī)制。取得如下主要結(jié)果和結(jié)論:1.寧夏枸杞根際AM真菌群落對(duì)菌絲室磷處理的響應(yīng)本研究利用寧夏枸杞根際土在自主研制的分層培養(yǎng)花盆中進(jìn)行富集培養(yǎng)AM真菌,并對(duì)分層培養(yǎng)花盆的菌絲室施加磷處理以檢測(cè)宿主植物根系A(chǔ)M真菌群落是否受影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)AM真菌在高磷處理的菌絲室大量產(chǎn)孢;單孢PCR鑒定顯示,根內(nèi)球囊霉(R.irregularis)是優(yōu)勢(shì)菌;菌絲室的低磷處理提高了寧夏枸杞根系A(chǔ)M真菌物種豐富度。結(jié)果表明,菌絲室高磷處理的方法適用于擴(kuò)繁AM真菌,菌絲室低磷處理下寧夏枸杞會(huì)采取“多多益善”的策略招募AM真菌。2.水分脅迫下AM真菌對(duì)寧夏枸杞水分、光合和糖水平的影響通過(guò)在均溫30℃的夏季設(shè)置不同程度水分脅迫,檢測(cè)接菌(R.irregularis)與對(duì)照的寧夏枸杞植株葉片水分狀況、根系水孔蛋白表達(dá)、葉片溫度、葉片氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪��?shù)以及植株糖水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在正常水分條件和輕度水分脅迫下,與對(duì)照相比,接菌植株的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率顯著增加,接菌植株的葉片相對(duì)水分含量和葉片溫度顯著降低;與對(duì)照相比,接菌植株上調(diào)了根系上水孔蛋白基因Lb PIP2-1、Lb TIP3-1以及根內(nèi)球囊霉水孔蛋白基因Rir-AQP2;接菌植株在正常水分條件下的糖類(lèi)水平與對(duì)照植株在輕度水分脅迫下的相似。重度水分脅迫降低了對(duì)照植株葉片的光化學(xué)反應(yīng),不影響接菌植株葉片的光化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果表明,接菌植株在應(yīng)對(duì)炎熱夏季的輕度水分脅迫時(shí)明顯優(yōu)于對(duì)照植株,接菌植株在重度水分脅迫下仍能進(jìn)行正常的光化學(xué)反應(yīng),有著劇烈的糖水平變化。3.水分脅迫下AM真菌對(duì)寧夏枸杞磷表現(xiàn)的影響通過(guò)檢測(cè)不同程度水分脅迫下接菌(R.irregularis)和對(duì)照植株的生長(zhǎng)、磷含量、葉片花青素含量以及根系酸性磷酸酶活性,發(fā)現(xiàn)重度水分脅迫降低了接菌和對(duì)照植株的葉片生物量,增加了對(duì)照植株的葉片花青素含量。在不同程度水分脅迫下,與對(duì)照相比,接種AM真菌(R.irregularis)顯著增加了根、莖生物量以及整體磷含量,降低了葉片花青素含量。結(jié)果表明,水分脅迫間接導(dǎo)致了植物的磷缺乏,AM真菌在水分脅迫下向植物供應(yīng)了充足的磷。4.寧夏枸杞磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的克隆和啟動(dòng)子區(qū)域的擴(kuò)增通過(guò)同源克隆策略和High-tail PCR技術(shù),得到寧夏枸杞PHT1家族的6個(gè)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(Lb PT1~Lb PT5、Lb PT7)和相應(yīng)的啟動(dòng)子區(qū)域,發(fā)現(xiàn)6個(gè)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白具有PHT1家族蛋白的結(jié)構(gòu)特征,6個(gè)啟動(dòng)子區(qū)域和其他植物PHT1家族同源基因啟動(dòng)子區(qū)域具有類(lèi)似的順式作用元件(P1BS、PHO、MYCS等)。結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育分析和啟動(dòng)子區(qū)域順式作用元件分析,推測(cè)Lb PT3、Lb PT4和Lb PT5是AM誘導(dǎo)的。結(jié)果表明,寧夏枸杞的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因與茄科模式植物番茄(Lycopersicon esculentum)、馬鈴薯(Solanum tuberosum)和煙草(Nicotiana tabacum)等的同源基因具有相同的進(jìn)化模式。5.寧夏枸杞磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的酵母突變體互補(bǔ)和亞細(xì)胞定位分析通過(guò)對(duì)6個(gè)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)行功能驗(yàn)證和亞細(xì)胞定位分析,發(fā)現(xiàn)Lb PT1、Lb PT3和Lb PT7具有酵母高親和磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白PHO84的磷轉(zhuǎn)運(yùn)和磷感應(yīng)功能,Lb PT1不具有PHO84磷感應(yīng)的功能;酵母亞細(xì)胞定位發(fā)現(xiàn)Lb PT1、Lb PT3和Lb PT7位于細(xì)胞膜,Lb PT2集中于膜上幾點(diǎn),Lb PT4和Lb PT5分散于細(xì)胞內(nèi);煙草亞細(xì)胞定位分析發(fā)現(xiàn)Lb PT1、Lb PT2、Lb PT4、Lb PT5和Lb PT7定位于煙草葉片的細(xì)胞質(zhì)膜,Lb PT3定位于煙草根系的細(xì)胞質(zhì)膜。結(jié)果表明,Lb PT1、Lb PT3和Lb PT7磷轉(zhuǎn)運(yùn)功能的實(shí)現(xiàn)與它們?cè)诮湍讣?xì)胞中正確的定位相關(guān),6個(gè)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白均定位于煙草的細(xì)胞質(zhì)膜,但Lb PT3的正確定位可能需要根系上的轉(zhuǎn)錄后修飾過(guò)程。6.水分脅迫下AM真菌對(duì)寧夏枸杞磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的影響通過(guò)檢測(cè)磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因?qū)�AM真菌(R.irregularis)共生、磷處理以及不同程度水分脅迫處理的轉(zhuǎn)錄反應(yīng),明確了Lb PT3、Lb PT4和Lb PT5在低磷條件下被AM真菌共生所誘導(dǎo);Lb PT1、Lb PT2和Lb PT7在根系和葉片上均表達(dá),且三者在衰老的葉片上轉(zhuǎn)錄水平增加;高磷會(huì)抑制這6個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄;輕度水分脅迫會(huì)上調(diào)Lb PT1、Lb PT2和Lb PT7在對(duì)照植株根系和葉片中的表達(dá),水分脅迫不影響Lb PT3、Lb PT4和Lb PT5在接菌根系上的轉(zhuǎn)錄水平;水分脅迫會(huì)上調(diào)Lb PT1在接菌根系上的表達(dá)。結(jié)果表明,寧夏枸杞和其他茄科植物一樣,有3個(gè)AM誘導(dǎo)的磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因(Lb PT3、Lb PT4和Lb PT5);輕度水分脅迫導(dǎo)致的磷缺乏誘導(dǎo)了Lb PT1、Lb PT2和Lb PT7在植物上的表達(dá),使其在根部行使磷吸收功能以及在地上部分進(jìn)行磷的再分布;水分脅迫下AM途徑的磷吸收十分高效,滿(mǎn)足了根系的磷需求,且接菌植物調(diào)動(dòng)Lb PT1將根系中的磷轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部分。7.乙烯對(duì)于寧夏枸杞Lb PT7的誘導(dǎo)作用通過(guò)對(duì)接菌(R.irregularis)和對(duì)照的根系進(jìn)行不同磷水平下乙烯處理,檢測(cè)不同處理?xiàng)l件下AM真菌定殖率和Lb PT7的轉(zhuǎn)錄反應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙烯前體的添加使低磷條件下叢枝的定殖率降低了55.3%,使高磷條件下叢枝的定殖率提高了3.6倍;發(fā)現(xiàn)乙烯在低磷條件下誘導(dǎo)了Lb PT7的表達(dá),高磷條件下乙烯沒(méi)有誘導(dǎo)作用。結(jié)果表明,乙烯在低磷條件下通過(guò)上調(diào)Lb PT7來(lái)提高植物直接磷吸收途徑,并抑制菌根磷吸收途徑;乙烯在高磷條件下會(huì)緩解高磷對(duì)AM真菌共生的抑制來(lái)增加菌根磷吸收途徑。
[Abstract]:The effects of AM fungi on water , photosynthetic , sugar levels and phosphorus levels in Ningxia were studied . The effects of AM fungi on water , photosynthetic , sugar levels and phosphorus levels in Ningxia were studied by means of real - time fluorescence quantitative PCR , CODE - HOP homology cloning , RACE , yeast mutant complementation , tobacco transient expression , laser scanning confocal microscopy . The results showed that 6 phosphate transporter genes have the structural characteristics of PHT1 family proteins , 6 promoter regions and other plant PHT1 family homologous gene promoter regions have similar cis - acting elements ( P1BS , PHO , MYCS , etc . ) . It was found that Lb PT3 , Lb PT3 and Lb PT7 had the same evolutionary pattern . The results showed that Lb PT3 , Lb PT3 and Lb PT7 had the same evolutionary pattern . The expression of Lb PT3 , Lb PT4 and Lb PT7 in the roots and leaves of the control plants was increased by the addition of light water stress . The results showed that the growth rate of Lb PT3 , Lb PT4 and Lb PT5 in roots and leaves of the control plants was increased by 55.3 % .

【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S567.19
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本文編號(hào)：1890664