重金屬、干旱等非生物脅迫嚴重影響蔬菜的生長發(fā)育和安全高效生產(chǎn)。S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)催化甲硫氨酸和ATP形成S-腺苷甲硫氨酸(SAM),以SAM為前體可以合成乙烯,多胺,谷胱甘肽等信號和抗逆分子。本研究以超表達SlSAMS1番茄和‘895’自交系為試驗材料,研究了SlSAMS1對番茄耐鎘性及抗旱性的調控效應,并初步探究了SAMS1發(fā)揮作用的生理途徑。主要結果如下:1.采用營養(yǎng)液水培法,以50μM CdCl_2模擬鎘脅迫。結果表明SlSAMS1緩解了鎘脅迫對種子萌發(fā)和植株生長的抑制作用,轉基因番茄幼苗具有較高的葉綠素含量、凈光合速率、Fv/Fm和ΦPSII。鎘脅迫促進活性氧(ROS)的積累,超表達SlSAMS1顯著提高了鎘脅迫下抗壞血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循環(huán)效率以及愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)的活性,促進谷胱甘肽合成酶(GSH1、GSH2),螯合肽合成酶(P CS)的表達水平,提高植物對鎘的解毒能力,降低了鎘脅迫誘導的ROS積累和膜脂過氧化水平。超表達SlSAMS1降低了鎘在番茄根系中的積累,降低了鎘對番茄根系的危害。SlSAMS1上調根中多胺合成相關酶(SAMdc、SPDS、SPMS)和氧化酶(PAO)基因的表達水平,并且提高了脅迫下細胞壁結合的PAO和POD的活性,加速脅迫前期根的木質化。此外,SlSAMS1調節(jié)了根、葉中一些金屬轉運蛋白的表達水平。2.過表達SlSAMS1緩解了干旱脅迫對番茄種子萌發(fā)(PEG處理)的抑制作用。采用自然干旱的處理方法,分析了干旱及復水條件下植株生長情況、碳氮代謝和初生代謝產(chǎn)物的積累。結果表明在干旱及復水條件下,超表達SlSAMS1番茄的植株鮮重,葉片的可溶性總糖含量、蔗糖含量、可溶性蛋白含量和全氮含量均不同程度的高于野生型。干旱脅迫使得谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶(GS/GOGAT)循環(huán)受阻,增強了GDH活性,SlSAMS1緩解了干旱脅迫對銨同化的抑制作用。干旱及復水后,野生型和轉基因番茄葉片的初生代謝產(chǎn)物含量發(fā)生了較大的變化,SlSAMS1基因提高番茄了葉片中果糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,α-酮戊二酸、檸檬酸、延胡索酸和蘋果酸的含量,可能在其調控的番茄抗旱性發(fā)揮重要的作用。
【學位單位】：山東農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S641.2;X503.231
【部分圖文】：

超表達 SlSAMS1 對番茄幼苗鎘和干旱脅迫的緩解效應研究析lSAMS1 對番茄鎘脅迫的緩解效應AMS1 基因可以響應鎘脅迫SlSAMS1 是否響應鎘脅迫，我們對 50 μM CdCl2處理 48 h 1 的表達進行了分析。圖 1 表明，根中 SlSAMS1 表達量h 時，達到峰值，為對照的 2.4 倍。葉片中 SlSAMS1 雖然也8 h 時表達量略有上調，總體呈上升趨勢。

圖 2 鎘脅迫（50 μM）下野生型與轉基因番茄幼苗的表型Fig. 2 The phenotypic of WT and transgenic tomato seedling under Cd stress（50 μM）表 2 超表達 SlSAMS1 對鎘脅迫下番茄幼苗生長的影響Table 2 The effect of overexpressing SlSAMS1 on the growth of tomato seedlings under cadmium stress注：同一列不同字母表示在 5%水平上差異顯著（P<0.05）；以下圖、表相同。處理Treatments地上部Shoots根部Roots株高Plant height（cm）鮮重Fresh weight（g·plant-1）莖粗Stem diameter（mm）鮮重Fresh weight（ g·plant-1）WT 60.53±3.67a 50.11±4.57a 8.43±0.40a 7.51±1.47bSAMS1-3 54.85±5.38b 34.43±5.25b 7.21±0.40bc 6.32±1.40bcSAMS1-7 46.00±4.74cd 34.53±3.26b 7.33±1.04bc 7.76±0.26abSAMS1-11 50.73±1.63bc 51.10±9.22a 8.06±0.90ab 9.17±1.82aWT+Cd 42.98±5.64d 16.70±3.21d 5.83±0.77d 4.71±0.50dSAMS1-3+Cd 47.18±0.38cd 24.05±1.58c 6.67±0.38cd 6.26±0.44bcSAMS1-7+Cd 44.75±2.92cd 24.98±4.77c 6.62±0.89cd 7.75±0.93abSAMS1-11+Cd 47.43±1.72cd 26.97±1.57c 6.36±0.71cd 5.38±0.26c

超表達 SlSAMS1 對番茄幼苗鎘和干旱脅迫的緩解效應研究3.1.3 超表達 SlSAMS1 基因提高了鎘脅迫下番茄的光合及葉綠素熒光參數(shù)水平光合及葉綠素熒光參數(shù)一定水平上反應了植物的受傷害程度。光合作用是植物中極其重要的生理過程，當遭受鎘脅迫時，光合機構損壞、葉綠素降解，最終導致光合速率下降。我們研究發(fā)現(xiàn)，與野生型對比，轉基因植株能夠緩解鎘脅迫引起的葉綠素降解以及凈光合速率下降（表 3，圖 3A）。另外，F(xiàn)v/Fm、ΦPSII 分別代表 PSII 原初光能轉化效率和線性電子傳遞的量子效率。Fv/Fm 反映 PSII 的潛在活性，ΦPSII 反映電子在 PSI和 PSII 的傳遞情況，被認為是反映光抑制程度的可靠指標。結果表明，鎘脅迫下，轉基因植株相對野生型能夠維持較高的 Fv/Fm 和ΦPSII，表明 SlSAMS1 基因能夠緩解鎘脅迫對 PSII 造成的光抑制及維持 PSI 和 PSII 間的電子傳遞情況（圖 3B，3C）。

【參考文獻】

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本文編號：2822745