植物逆境生物学中的蛋白质组学技术运用探析

逆境胁迫在植物生长发育中起重要作用,对植物生长质量产生直接影响。现阶段揭示植物的应答胁迫分子的机理已经成为人们探索研究的重要课题。而植物蛋白质组学研究能揭示不同胁迫状况下,植物蛋白质的具体表达情况,有助于帮助人们深入了解环境胁迫下的植物基因表达调控机制及植物响应胁迫机理,介绍了蛋白质组学研究技术,概述了植物逆境胁迫适应机制在研究中的具体应用,展望了低蛋白质组学在植物逆境生物学领域的发展状况。     

干旱胁迫下菌根真菌对枳根系形态、内源激素和土壤结构的影响

季节性干旱是限制柑桔品质和产量的重要因素之一。以盆栽枳实生苗为试材,研究了干旱胁迫下接种丛枝菌根真菌对枳根系形态、内源激素水平和根际土壤结构的影响。结果表明,干旱胁迫显著降低了菌根真菌对枳根系的侵染。在正常水分和干旱胁迫下,接种菌根真菌显著提高了根系总长、投影面积、表面积、2级侧根数和3级侧根数,降低了平均直径,显著促进了脱落酸、赤霉素、吲哚乙酸和油菜素内酯在根系的积累。干旱胁迫下,菌根处理显著提高了枳根际总球囊霉素相关土壤蛋白含量,增大了1~2mm和0.5~1mm水稳性团聚体比例以及平均质量直径。结果暗示了菌根真菌可通过改善根系形态、调节内源激素平衡和改良土壤结构来提高枳的抗旱性。     

非灭菌土接种AM真菌对油蒿抗旱性的影响

利用盆栽试验在正常水分和干旱胁迫条件下研究了非灭菌土接种AM真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae)和土著AM真菌(Indigenous arbuscular mycorrhizal fungi)对油蒿(Artemisia ordosica)生长及抗旱性的影响。结果表明:干旱胁迫显著抑制了AM真菌对油蒿的侵染。无论在正常水分还是干旱胁迫条件下,接种AM真菌都增加了植株的分枝数、地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重,但没有明显提高株高、茎粗和改善组织水分状况;与未接种相比,干旱胁迫下接种土著AM真菌显著提高了根系氮、磷含量,提高了叶绿素、可溶性蛋白含量,增强了保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性并降低了丙二醛的含量,因此增强了植物的抗旱性。     

接种丛枝菌根真菌对干旱胁迫下木棉幼苗地上部水分供应的影响

以接种和不接种丛枝菌根真菌木棉幼苗为试材,采用盆栽试验的方法,研究了不同干旱胁迫对不同处理下木棉幼苗的根茎叶水分特征及其生长和生理生化特征,以期探究干旱河谷中的木棉(Bombax ceiba L.)普遍存在与丛枝菌根真菌(AMF)的共生系统是否是它对干旱环境适应的策略之一。结果表明:对照条件下接菌株根系干质量是未接菌株的2.2倍,重度干旱胁迫下,接菌株的根系干质量是未接菌株的2倍,接菌有助于植株根系的生长,增加根系对水分的吸收效率。接菌植株在中度干旱胁迫下避免了植株的"茎干缩",重度胁迫下减轻了"茎干缩",且接菌株茎含水率是未接菌株的1.95倍,接菌提高了植株茎干的吸水保水能力。在重度干旱胁迫下,接菌加速了植株调节体内游离氨基酸和丙二醛(MDA)含量,较未接菌株提前了约18d,且未接菌株MDA含量的最大值是接菌株的1.5倍;接菌株脯氨酸含量的最大值是未接菌株的1.4倍,接种显著增加了渗透物质含量并减少了细胞的伤害,提高了植物叶片的保水能力。可见,接种AMF可改善木棉幼苗干旱胁迫下根茎的水分供应和叶片水分维持能力,同时也增加渗透调节物质以降低水势,减少水分蒸散作用,启动调节系统提前清除细胞有害物质,减少对细胞膜的伤害,提高了木棉的抗旱性。     

冬季干旱胁迫后复水对鼠茅草生理特性的影响

本文通过模拟试验研究了冬季干旱胁迫后复水对鼠茅草生理特性的影响,试验设置了干旱胁迫和正常水分处理,采用PVC管基质栽培鼠茅草,冬季干旱胁迫结束后复水采集鼠茅草样品,测定分析了鼠茅草干旱胁迫后复水及对照处理的鼠茅草叶片及根系的生理生化指标。结果表明,干旱胁迫后复水与正常水分处理相比,叶绿素a含量、总叶绿素含量、生物量、各级根长与根表面积显著降低,叶绿素b指标无显著差异。MDA、可溶性蛋白、电解质渗透率指标显著增加,这说明鼠茅草干旱胁迫复水后仍存在一定的胁迫,冬季干旱胁迫后复水对鼠茅草的生长有一定的抑制作用。试验还表明在不具备冬季灌溉条件下,冬季断水60 d后复水对鼠茅草的生长指标有一定的影响,但不危及生命,可适当断水,在开春后应及时灌溉,以提高光合作用,增加生物量。     

两种苹果砧木PV曲线水分参数对干旱胁迫的响应

设定适宜水分和重度干旱2种水分处理,对2种苹果砧木进行PV曲线测定试验,研究了干旱胁迫对平邑甜茶和楸子2种苹果砧木PV曲线水分参数的影响。结果表明:干旱胁迫导致了平邑甜茶和楸子地上部分气体交换受到影响。在干旱条件下,楸子的ψstlp、ψssat、RWCtlp、ROWCtlp、ε′值与平邑甜茶相比较均处于较低水平,说明楸子耐水分胁迫能力、细胞保水力较强和细胞壁弹性较大。对PV曲线水分参数进行隶属函数综合评价得出的△值为楸子大于平邑甜茶。PV曲线水分参数能够随着植物所处的环境,做出相应的调整。在适宜水分和重度干旱条件下,楸子所体现出的输水策略优于平邑甜茶。对于PV曲线水分参数研究发现,楸子在膨压保持方面与平邑甜茶相比,其抗旱性优于平邑甜茶。     

丛枝菌根真菌对盆栽柑桔幼苗渗透调节及抗氧化能力的影响

以1年生椪柑/枳橙为材料,以摩西管柄囊霉Funneliformis mosseae为菌剂,研究长期干旱胁迫下接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对柑桔幼苗生长、渗透调节及抗氧化酶活性等生理变化的影响。结果表明,干旱胁迫显著降低菌根侵染率,抑制幼苗生长。与未接种相比,接种AMF可有效缓解干旱胁迫对幼苗生长的抑制,显著提高根冠比及根系活力。接种AMF进一步促进干旱胁迫下植株根系和叶片可溶性糖及蛋白的积累,但在胁迫后期菌根效益削弱。接种AMF提高干旱胁迫下植株体内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶的活性,显著降低根系和叶片游离脯氨酸及丙二醛含量,并且随胁迫时间的延长丙二醛降低率越高。干旱胁迫下,AMF通过促进植株生长、改善渗透调节、提高抗氧化酶活性增强耐旱性。     

华北景天叶片有机渗透调节物质对水分胁迫的响应

试验以华北景天为试材,采用人工控水方法,研究了不同水分胁迫强度对华北景天叶片有机渗透调节物质的影响.结果表明:在水分胁迫下,华北景天叶片中游离脯氨酸和可溶性糖含量变化不明显,可溶性蛋白含量变化显著.华北景天可通过可溶性蛋白的渗透调节作用,降低细胞的渗透势,维持细胞膨压,从而保证干旱条件下细胞的正常生长与代谢.所以,可溶性蛋白是水分胁迫条件下华北景天叶片细胞内重要的渗透调节剂.     

生物炭减缓干旱胁迫对秋子梨根系呼吸生理功能的影响

【目的】探讨生物炭减缓干旱胁迫对秋子梨幼苗根系呼吸代谢功能的影响机制。【方法】以1年生盆栽秋子梨(Pyrus ussuriensis Maxim.)幼苗为试材,主要利用液相氧电极技术和方法,研究废弃枝条制成的生物炭对干旱胁迫下秋子梨幼苗根系活力、根系呼吸代谢途径、关键酶活性及中间产物的影响。【结果】土壤干旱胁迫期间,干旱处理的土壤相对含水量呈明显下降趋势。而生物碳处理的土壤含水量一直高于干旱处理水平。其中,干旱胁迫3 d,生物炭处理的土壤含水量较干旱处理高23.6%。生物炭处理的根系活力较干旱处理下降缓慢,干旱胁迫7~11 d,生物炭处理的根系活力分别较干旱处理高28.2%、23.0%和20.4%;生物炭处理有效减缓根系呼吸代谢EMP途径贡献率下降幅度,维持稳定的TCA途径贡献率,PPP途径贡献率升幅较小,线粒体电子传递途径仍以细胞色素途径(CP)为主,PPP途径的关键酶G-6-PDH和6-PGDH活性明显高于同期干旱处理,根系TCA途径中间产物丙酮酸和柠檬酸含量高于干旱处理。【结论】生物炭减缓干旱胁迫下土壤水分损耗,减轻土壤干旱胁迫对秋子梨幼苗根系呼吸代谢功能的抑制作用,提高秋子梨植株对干旱胁迫的适应能力。     

模拟干旱胁迫对八棱海棠根系生理生化指标的影响

以八棱海棠幼苗为试材,研究了不同浓度的PEG-6000模拟干旱胁迫对八棱海棠根系生理生化指标的影响。结果表明:不同程度干旱胁迫均使八棱海棠根系丙二醛(MDA)和游离脯氨酸(Pro)含量增多,过氧化物酶(POD)活性提高;过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性蛋白质含量在干旱胁迫前期比对照均有不同程度的提高,随着胁迫时间的延长,CAT活性、可溶性蛋白质含量大幅度下降,且下降幅度为:20%PEG15%PEG10%PEG5%PEG;5%PEG、10%PEG、15%PEG胁迫CAT活性和可溶性蛋白含量虽下降,但仍高于对照水平;20%PEG胁迫使CAT活性、可溶性蛋白质含量低于对照水平,这说明干旱胁迫使植物体内正常的蛋白质合成受到抑制,根系可能已经失去了对干旱胁迫的适应性与可调控性,细胞内膜系统受到严重损伤;干旱逆境对膜系统的伤害是脂质过氧化作用增强的结果。