【摘要】：草酸是一種簡單的二元羧酸,在植物體內(nèi)廣泛存在,約占植物干重的3%~10%,有著調(diào)節(jié)植物pH值、緩解重金屬毒害、誘導(dǎo)抗病性以及調(diào)節(jié)Ca~(2+)濃度等作用,然而草酸對人類健康而言是一個十分嚴(yán)重的問題,會引起腎結(jié)石、高草酸血癥等疾病,而菠菜是一種高草酸含量的蔬菜。本文以菠菜為實驗材料,通過測定不同供氮形態(tài)、環(huán)境脅迫處理和植物激素噴施后草酸含量的變化對菠菜草酸的積累規(guī)律進(jìn)行了研究;同時在菠菜基因組數(shù)據(jù)庫中篩選得到了草酸合成和降解途徑中關(guān)鍵酶的基因13個,利用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)研究了在這些基因在不同脅迫或激素處理下的表達(dá)模式;通過構(gòu)建植物表達(dá)載體,將菠菜草酸代謝相關(guān)基因在擬南芥中過量表達(dá)從而驗證這些基因在草酸積累中的功能;對轉(zhuǎn)基因擬南芥進(jìn)行了外源草酸處理、鋁脅迫和鹽脅迫處理,研究了這些基因在非生物逆境脅迫中的作用。本文對菠菜草酸積累規(guī)律的研究為低草酸菠菜育種及種植過程的管控提供了一定的指導(dǎo);對相關(guān)基因的表達(dá)分析及轉(zhuǎn)基因擬南芥的研究為探尋菠菜草酸積累的分子機(jī)理和關(guān)鍵基因的生物學(xué)功能奠定了理論基礎(chǔ),主要研究結(jié)果如下:1、銨態(tài)氮的供給降低了兩種菠菜材料的草酸含量,在24 h完全的銨態(tài)氮供給下明顯低于完全硝態(tài)氮供給,為對照的81.5%和65.7%,完全的硝態(tài)氮供給僅在短時間內(nèi)提高了菠菜草酸的含量;高溫脅迫、氧化脅迫、鹽脅迫和干旱脅迫均增加了菠菜中的草酸含量,其中高溫脅迫影響最大,在12 h時達(dá)到了對照的1.48倍;植物激素脫落酸(ABA)、赤霉素(GA)、乙烯利(ETH)、吲哚乙酸(IAA)、水楊酸(SA)和6-芐基胺基嘌呤(6-BA)可在短時間內(nèi)增加菠菜體內(nèi)草酸的累積,抗壞血酸(AA)和茉莉酸甲酯(JA)對菠菜草酸含量的增加有持續(xù)的影響。2、qRT-PCR進(jìn)行的表達(dá)分析結(jié)果表明,硝態(tài)氮能短期誘導(dǎo)SoGLOs和SoOXACs的表達(dá),并抑制SoOXS表達(dá),而銨態(tài)氮則與之相反;高溫脅迫下SoGLO2,SoGLO4,SoGLO5的表達(dá)明顯上調(diào),而大部分草酸降解酶相關(guān)基因的表達(dá)都受到抑制;植物激素6-BA、GA和IAA的噴施使SoGLO1,SoGLO2,SoGLO3上調(diào)表達(dá),SoOXACs則是受到了ABA和GA的短暫誘導(dǎo),AA和IAA可以促使SoOXS的表達(dá)持續(xù)上調(diào)。3、成功構(gòu)建了12個植物過表達(dá)載體,使用花序侵染法遺傳轉(zhuǎn)化擬南芥,通過除草劑篩選、PCR和RT-PCR鑒定得到了穩(wěn)定表達(dá)菠菜草酸代謝相關(guān)共計11個基因的T_3代擬南芥株系。SoOXAC1和SoOXAC2的過表達(dá)提高了擬南芥的草酸含量,而SoOXDC3的過表達(dá)將擬南芥的草酸含量降至野生型的69.9%,過表達(dá)SoOXO1也明顯降低了擬南芥的草酸含量。過表達(dá)SoOXDC2、SoOXO1和SoOXS的擬南芥葉片對外源草酸的抗性也有明顯增強。
【圖文】：

即乙醛酸/乙醇酸，草酰乙酸和抗壞血酸（圖1-1）[43]。在植物中，用于草酸鹽生物合成的前體/途徑是有爭議的。在植物光呼吸和乙醛酸循環(huán)過程中，乙醛酸/乙醇酸的氧化導(dǎo)致了草酸鹽的積累[32,33]。草酰乙酸的氧化也可以形成草酸鹽和乙酸鹽。許多植物物種中草酸鹽的另 個重要前體是 L-抗壞血酸[34]。在番茄[35]、浮萍[36]、絲蘭[37]和大藻[38]中，噴施同位素14C標(biāo)記的抗壞血酸（1 和 2 位 C）可以增加植物的草酸含量，同時以同位素14C 標(biāo)記的抗壞血酸合成前體（1 位 C）也會使得植物草酸積累增加，由此判斷抗壞血酸通過 C2/C3 裂解形成草酸，且該過程可能發(fā)生在植物特化晶體異細(xì)胞(crystalidioblasts)的液泡中[36,39]。抗壞血酸的氧化產(chǎn)物脫氫抗壞血酸可以進(jìn) 步氧化生成環(huán)草酰 L-蘇糖酸，最終水解產(chǎn)生草酸和 L-蘇糖酸[40]。而同位素14C 標(biāo)記的抗壞血酸的施加對菠菜剛展開的葉片中合成草酸的貢獻(xiàn)度并不高[41]

技術(shù)路線圖
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S636.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2621002