本文關(guān)鍵詞： 鋁 生長素 鎂 PIN2 AUX1 有機酸分泌 根系發(fā)育　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：酸性土壤(pH5.5)約占世界可耕種土壤面積的40%,主要分布在亞洲、非洲和南美等對糧食需求較大的發(fā)展中國家。在酸性土壤中,鋁是限制植物生長和作物產(chǎn)量的主要因素。鋁對植物的毒害作用首先表現(xiàn)在對根系生長發(fā)育的抑制上,進(jìn)而影響根系對礦質(zhì)營養(yǎng)元素和水分的吸收。植物在進(jìn)化的過程中形成了多種抗鋁機制,其中有機酸分泌被認(rèn)為是最有效的抗鋁機制。生長素是植物中最先發(fā)現(xiàn)的一種激素,參與植物多種生理過程和抗逆脅迫中。實驗室前期研究結(jié)果證實,外源添加IAA可以顯著的提高鋁脅迫下大豆側(cè)根發(fā)育和檸檬酸分泌,然而其具體調(diào)控的分子及遺傳學(xué)機制還不清楚。本研究主要以擬南芥為材料,揭示了生長素通道蛋白PIN2和AUX1在鋁脅迫下擬南芥有機酸分泌,側(cè)根發(fā)育以及參與鎂對鋁脅迫下擬南芥根系發(fā)育中的調(diào)控機理,為深入理解植物應(yīng)答鋁毒脅迫的生理和分子機理提供理論參考依據(jù)。本研究的主要結(jié)果如下:1.通過水培實驗考察鋁對擬南芥生長素累積及PIN2和AUX1在有機酸分泌中的調(diào)控機制。研究發(fā)現(xiàn),DR5::GFP根尖熒光強度隨著鋁處理濃度的增加而增加,表明鋁誘導(dǎo)的IAA在根中的累積。與未經(jīng)鋁處理的對照相比,50 μM鋁處理并沒有增加PIN3::GFP的熒光強度;然而鋁顯著增加了PIN2和AUX1的表達(dá)水平,且定量PCR的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)鋁脅迫處理后野生型擬南芥根中PIN2和AUX1基因的表達(dá)水平分別提高了5.11和4.69倍,表明鋁顯著的增加了PIN2和AUX1基因及蛋白的表達(dá)。隨后,我們分析了 PIN2和AUX1對鋁脅迫下有機酸分泌的調(diào)控機制。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),鋁脅迫處理下擬南芥pin2和aux1-7突變體植株根系檸檬酸的分泌量均顯著低于野生型植株,然而蘋果酸含量卻沒有顯著性變化。與之相關(guān)的是,與對照相比,鋁脅迫處理后pin2和aux1-7植株質(zhì)外體pH分別增加了 12.26%和10.53%。由此可見,PIN2和AUX1可能通過調(diào)節(jié)質(zhì)子泵的活性而調(diào)節(jié)鋁誘導(dǎo)的檸檬酸的分泌。2.我們分析了 PIN2和AUX1對鋁肋迫下擬南芥根系發(fā)育的影響。與未經(jīng)鋁處理的對照相比,50μM鋁處理后Col-0主根伸長被抑制了 47.70%;然而,側(cè)根數(shù)目卻增加了 23.86%;其中A和B時期的側(cè)根數(shù)目分別減少了 30.12%和61.90%,C期增加了 5%,D期的側(cè)根數(shù)目增加了 4.36倍:近端A,B時期的側(cè)根數(shù)目分別減少了 56.25%,31.03%,C,D時期的側(cè)根數(shù)目分別增加了 96.67%,41.67%;遠(yuǎn)端A,B時期的側(cè)根數(shù)目分別減少了 62%,57.14%,C,D時期的側(cè)根數(shù)目分別增加了 87.5%,60.42%,同時GUS染色實驗分析也發(fā)現(xiàn)側(cè)根的生長素含量增加。以上研究結(jié)果表明,鋁可能通過誘導(dǎo)根尖IAA的積累抑制主根的生長但促進(jìn)側(cè)根伸長。對pin2和aux1突變體側(cè)根發(fā)育的研究結(jié)果表明,鋁處理后pin2和aux1-7突變體的主根伸長分別與Col-0相比增加了 33.33%和18.52%,但側(cè)根數(shù)目卻分別減少了 18.18%和34.09%。其中,近端的側(cè)根數(shù)目分別增加了 11.59%和18.84%,遠(yuǎn)端的側(cè)根數(shù)目分別減少了 26.67%和60%。鋁處理后,與Col-0相比,pin2和aux1-7突變體根毛的數(shù)目分別減少了 29.13%,48.92%,根毛長度分別減少了 41.17%,54.24%,表明PIN2和AUX1能夠調(diào)控根毛的發(fā)育,通過促進(jìn)根毛的發(fā)育應(yīng)答鋁脅迫。由此可見,PIN2和AUX1介導(dǎo)的IAA在根中的累積參與鋁脅迫對擬南芥主根生長的抑制和側(cè)根與根毛生長的促進(jìn)。3.鎂是植物中重要的營養(yǎng)元素,不僅在植物的生長發(fā)育中起到關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用,也參與到植物對鋁毒脅迫的應(yīng)答中。然而,鎂對鋁脅迫下植物根系發(fā)育調(diào)控的機理還不清楚。因此,我們考察了 PIN2和AUX1在鎂對鋁脅迫下擬南芥根系發(fā)育調(diào)控中的作用機理。研究結(jié)果表明,添加了 10,50,300,500,1000μM的鎂后DR5::GUS植株主根伸長分別比未添加鎂處理的增加了 33.69%,39.52%,35.46%,37.11%,2.33%;然而2000 μ鎂處理后,主根伸長被抑制了 55.55%。對鋁脅迫下外源添加鎂的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對照相比(CK,Al0Mg0),添加50μM鋁后,擬南芥的主根伸長抑制了 45.01%,然而外源添加10,50,300,500和1000μM鎂后主根的伸長比未添加鎂(Mg0Al50)的處理相比分別增加了 59.05%,55.21%,40.79%,31.83%,11.05%,然而2000 μM的鎂處理后主根的伸長卻抑制了 73.75%。對側(cè)根的分析結(jié)果表明,添加10 μM Mg后側(cè)根總數(shù)增加了 14.12%,然而添加50,100,300,1000,2000 μM的Mg后側(cè)根總數(shù)卻分別減少了 2.94%,6.86%,17.65%,52.94%,83.33%,這說明低濃度的鎂能緩解鋁對擬南芥主根生長的抑制作用,并促進(jìn)側(cè)根的生長,濃度過高則產(chǎn)生抑制作用。隨后,我們考察了鋁脅迫下外源添加鎂對靜止中心細(xì)胞及分生區(qū)細(xì)胞分裂的影響。研究發(fā)現(xiàn),與對照相比,鋁處理后QC::GUS植株以及CycB1;1::GUS植株GUS染色后顏色變淺;然而外源添加10 μ鎂后逆轉(zhuǎn)了鋁對QC和CycB1;1表達(dá)的抑制,表明鎂可以有效的緩解鋁毒脅迫對植物根系干細(xì)胞發(fā)育以及分生區(qū)細(xì)胞分裂的抑制作用。最后,我們分析了 PIN2和AUX1在鎂對鋁脅迫下擬南芥根系發(fā)育中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn),鋁脅迫下添加10 μ鎂促進(jìn)了 AUX1的表達(dá),然而PIN2的表達(dá)水平卻有所下降。對主根生長的分析結(jié)果表明,鋁處理下外源添加鎂使pin2突變體的主根伸長比野生型Col-0增加了 17.67%,而aaux1-7的主根卻沒有受到鎂處理的影響。DR5:GUS/pin2和DR5:GUS/aux1的染色結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加鎂后抑制了了pin2突變體根尖生長素的累積,而aux1-7突變體的生長素含量卻有所增加。綜上所述,添加Mg能夠緩解A1對植物的毒害作用,其主要表現(xiàn)在鋁脅迫下外源添加鎂可以有效的調(diào)節(jié)PIN2和AUX1的表達(dá)水平從而調(diào)節(jié)IAA在擬南芥根尖的平衡,最終抑制了鋁對根尖干細(xì)胞發(fā)育以及分生區(qū)細(xì)胞分裂的破壞作用,保持了主根的生長和側(cè)根的發(fā)育。
[Abstract]:In this study , it was found that the expression of PIN2 and AUX1 in Arabidopsis was significantly higher than that of wild - type plants . The results showed that the root elongation of pin2 and aux1 - 7 mutants increased by 33.33 % and 18.52 % respectively . The results showed that the total number of lateral roots increased by 14.12 % compared with the control ( CK , Al0 Mg0 ) . However , compared with the control ( CK , Al0 Mg0 ) , the elongation of the main roots increased by 14.12 % . However , compared with the control , the total number of lateral roots increased by 14.12 % , 6.86 % , 17.65 % , 52.94 % and 83.33 % , respectively . The results showed that the addition of magnesium could effectively regulate the expression of pin2 and AUX1 by adding magnesium to the root tip of Arabidopsis thaliana .

【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q945.78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1469606