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增强的UV-B辐射和干旱胁迫下不同抗旱性玉米即时响应的研究

作 者: 王芳
导 师: 岳明
学 校: 西北大学
专 业: 生态学
关键词: UV-B 干旱 玉米 抗氧化系统 脱落酸 胁迫耐受性
分类号: S513
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要


臭氧层减薄而导致的UV-B辐射日益增强,同时温室效应而导致的全球变暖加剧了干旱对于植物的胁迫效应。植物在长期进化中形成一套完整的生理生化机制适应所处的生态环境,从而赋予植物不同的环境耐受性。而在日益复杂的环境背景下,单一性的研究一种胁迫因子是不够的。本研究采用了增强的UV-B和干旱两种胁迫因子作为环境因子进行室内实验,考察了非抗旱品种CS和抗旱品种R7在两胁迫因子单独胁迫和复合胁迫下生理生化水平的各种响应,试图探究不同抗旱性的玉米品种对于UV-B辐射的敏感性和UV-B辐射和干旱胁迫之间的交互效应,由此理解并推测植物在响应环境变化的交互网络。对研究结果进行整合分析后,得出以下结论:1.不同抗旱性的玉米品种对UV-B的敏感性不同。在干旱下抗旱品种R7维持了正常平稳的MDA含量,膜透性变化不大,可溶性蛋白含量较低,水分敏感品种CS则相反。结果符合品种的抗旱性:非抗旱性CS在水分亏缺的条件下更易受到伤害。UV-B辐射并未造成与干旱相等程度的伤害,但选用的抗旱品种R7叶片维持更高的SOD活性,24h胁迫处理后,CAT、APX活性显著升高,根部在胁迫后期快速积累脯氨酸,并在根部维持高的SOD活性。抗旱品种R7通过维持高活性的SOD、CAT和APX抗氧化酶活性并累积大量游离的Pro抵御逆境,对UV-B辐射表现出一定的耐受。抗性不同的植株对于不同的胁迫环境表现不同的耐受性,这是植物适应环境的表现;2.UV-B辐射和干旱胁迫的复合胁迫之间有交互作用,但表现为拮抗作用还是协同作用是随着指标的性质不同而变化的。抗氧化酶体系中,24h复合胁迫使CS叶片中的SOD活性高出单独胁迫,根系中的SOD活性降低了近7倍;对于抗旱的R7,叶片中的CAT和APX及根系中的CAT活性复合胁迫都表现为拮抗作用。另外,非抗旱品种CS24h的UV-B辐射并未显著增加类黄酮的含量,在干旱下却增加了1.4倍,复合胁迫情况一致,而在抗旱品种R7体内的类黄酮含量与CK比较显著增加,两胁迫单独作用时虽然有所累积却不明显。由此推测,玉米在复合胁迫下受到的氧化伤害较小,即增强的UV-B辐射可以缓解干旱的造成的氧化胁迫。这种正面效益在CS和R7两品种的体现不同。复合胁迫之间的协同作用在水分敏感的品种中被掩盖,而在抗旱品种中则体现出来,也就是说当植物对水分条件敏感时,UV-B辐射的胁迫效应往往被水分亏缺所造成的伤害掩盖。植物对于水分条件的变化更为敏感,而光辐射伤害则通过不同的路径刺激植物减缓水分胁迫造成的压力;3.根系和根上部对于不同胁迫响应不同。玉米在胁迫下仍保持体内水分,根系会保持比地上部分更高的水势,并且合成大量的脱落酸调节地上部分的响应事件。而叶片则提升SOD、CAT和APX活性保持更积极的抗氧化体系来调节植株整体的生理生化时间,以此来适应胁迫环境。这是植物器官之间分工不同协调合作的表现。4.12h的干旱胁迫下根系直接感受胁迫信号,促使ABA的合成并快速转运至叶片,激活叶片中的抗氧化系统。UV-B辐射下ABA在24h胁迫后积累量才变得明显,而各种细胞组分变化未达到干旱胁迫下的程度,并且都表现的比较滞后,因此推断ABA不是UV-B辐射诱导的初级信号分子,而UV-B胁迫造成的伤害是一种累积效应,在短期的24h胁迫中表现不明显,因此UV-B所造成的氧化伤害或缓解干旱的效应应是通过其他的路径造成的。为对UV-B诱导的直接信号分子作出解释,建议进行长期的UV-B实验,并考虑其他的信号分子,如NO、乙烯等。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 关于紫外辐射和干旱胁迫环境的研究背景  10-11
  1.2 紫外辐射和干旱胁迫环境对植物的伤害  11-14
    1.2.1 增强的UV-B辐射对于植物的伤害效应  11-13
    1.2.2 干旱胁迫对于植物的伤害效应  13-14
  1.3 植物对于逆境的响应  14-18
    1.3.1 植物响应逆境的细胞组分  14-17
      1.3.1.1 ROS  14-15
      1.3.1.2 渗透调节物和次级代谢产物  15-16
      1.3.1.3 酶系统  16
      1.3.1.4 胁迫信号脱落酸(ABA)  16-17
    1.3.2 植物对胁迫响应的网络体系  17-18
      1.3.2.1 植物在复合胁迫下的响应  18
  1.4 抗旱品种  18-19
  1.5 研究问题与设想  19-20
第二章 材料与方法  20-26
  2.1 玉米幼苗材料  20
  2.2 胁迫处理设计  20
  2.3 指标测定方法  20-25
    2.3.1 样品相对含水量(RWC)和叶面积(leaf area)测定  20
    2.3.2 游离脯氨酸(proline,Pro)含量的测定  20-21
    2.3.3 细胞膜透性(membrane permeability)的测定  21
    2.3.4 丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量的测定  21
    2.3.5 超氧自由基(superoxideradieal,O_2~-)产生速率的测定  21-22
    2.3.6 抗氧化酶活性(activities of antioxidative enzymes)测定  22-23
    2.3.7 可溶性蛋白(solualbe Protein)含量测定  23
    2.3.8 脱落酸(abscisic acid)含量测定  23-24
    2.3.9 叶绿素(chlorophyll)含量测定  24-25
    2.3.10 类黄酮(flavonoids)含量测定  25
  2.4 统计方法和软件应用  25-26
第三章 研究结果  26-36
  3.1 24h胁迫处理后玉米幼苗生理变化  26-27
    3.1.1 24h胁迫处理后玉米幼苗相对含水量(relactive water content,RWC)  26
    3.1.2 24h胁迫处理后玉米幼苗叶面积(leaf area)  26-27
  3.2 24h胁迫处理后增强的UV-B辐射和干旱对玉米幼苗的伤害  27-31
    3.2.1 24h胁迫处理中玉米体内丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量  27-28
    3.2.2 24h胁迫处理中玉米细胞膜透性(membrane permeability)变化  28
    3.2.3 24h胁迫处理中玉米叶片和根系的超氧自由基(O_2~-)产生速率变化  28-29
    3.2.4 胁迫处理后玉米叶片和根系的可溶性蛋白(soluble Protein)含量  29-30
    3.2.5 24h胁迫处理后玉米叶绿素(chlorophyll)含量  30-31
  3.3 24h胁迫处理后增强的UV-B辐射和干旱对玉米幼苗的防御  31-36
第四章 问题与讨论  36-48
  4.1 不同抗旱性玉米对UV-B胁迫和干旱胁迫的响应  36-39
    4.1.1 干旱胁迫对不同抗旱性玉米的伤害  36
    4.1.2 UV-B辐射对不同抗旱性玉米的伤害  36
    4.1.3 不同抗旱性玉米在胁迫环境下的适应机制  36-39
  4.2 UV-B辐射和干旱的复合胁迫的交互效应(interactive effect)  39-42
    4.2.1 UV-B辐射和干旱复合胁迫的交互效应表现  39
    4.2.2 UV-B辐射和干旱复合胁迫的交互效应机制  39-42
  4.3 玉米对UV-B辐射和干旱胁迫响应的交互信号通路(crosstalk pathway)  42-48
    4.3.1 胁迫信号分子脱落酸(ABA)  42-43
    4.3.2 植物响应胁迫条件的信号网络  43-48
      4.3.2.1 ABA诱导的信号网络  43-44
      4.3.2.2 非ABA诱导的其他信号转导途径  44-46
      4.3.2.3 器官间的信号转导  46
      4.3.2.4 各细胞组分共同构成的信号网络  46-48
第五章 研究结论  48-50
参考文献  50-64
附录  64-66
硕士就读期间所获科研成果  66-68
致谢  68

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 玉米(玉蜀黍)
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