本文關(guān)鍵詞：叢枝菌根真菌提高水稻低溫抗性機制：碳、氮代謝及植物激素的作用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：叢枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌作為陸地上最古老的真菌之一,可以與大多數(shù)陸生植物形成共生關(guān)系。AM真菌侵染宿主植株根系后,宿主植株會將光合作用產(chǎn)生的碳水化合物運輸給AM真菌作為碳源,真菌會反饋給宿主礦質(zhì)營養(yǎng)作為回報。所以菌根共生體的形成是能量與營養(yǎng)交流的過程,其中碳與氮的代謝起到了主要的作用。AM真菌不僅促進宿主植物養(yǎng)分吸收與生長發(fā)育,還能提高植物抵抗逆境能力。低溫脅迫會引起植物整個代謝和生理過程的不可逆?zhèn)?嚴重影響作物產(chǎn)量,特別是典型的喜溫作物水稻。本文以主要糧食作物水稻(Oryza sativa)為研究對象,基于室內(nèi)盆栽實驗系統(tǒng),從接種AM真菌的水稻響應(yīng)低溫脅迫的供氮水平、多胺代謝、呼吸代謝以及海藻糖代謝方面系統(tǒng)研究了AM真菌提高水稻低溫抗性的碳、氮代謝機制,以及與之相關(guān)的植物激素調(diào)節(jié)作用。主要研究結(jié)果如下:為了明確供氮水平對菌根化水稻在低溫環(huán)境下碳、氮代謝的影響,以及菌根化水稻響應(yīng)脅迫的可能信號分子機制,基于室內(nèi)盆栽實驗,設(shè)置15°C與25°C 2個溫度處理,20 mg pot-1與50 mg pot-1 2個供氮水平處理。研究結(jié)果表明,AM真菌能夠促進宿主水稻的碳、氮代謝過程,如較高的氮含量、可溶性糖含量以及與碳、氮代謝相關(guān)酶活性,進而提高水稻的低溫抗性。茉莉酸(JA)與NO作為信號分子調(diào)節(jié)菌根化水稻碳、氮代謝,并參與菌根化水稻抗低溫環(huán)境的過程。然而AM真菌對水稻的促進作用對低氮與高氮水平的響應(yīng)是不同的,AM真菌在低氮供給條件下對宿主水稻的促進作用更加顯著,加快了水稻的碳、氮代謝,增強碳、氮代謝關(guān)鍵酶活性。AM真菌與水楊酸(SA)在提高植物抗性中扮演著重要的角色。為了探討菌根化水稻對低溫條件的多胺代謝響應(yīng)策略,以及SA在AM真菌提高水稻低溫抗性中的作用機制,利用盆栽實驗系統(tǒng),設(shè)置不同的溫度與外源添加SA處理。研究結(jié)果表明,低溫條件下,接種AM真菌水稻中腐胺(Put)與亞精胺(Spd)含量顯著上升,并高于未接種處理,同時,低溫也誘導(dǎo)了與多胺合成代謝相關(guān)關(guān)鍵基因的表達。低溫下接種AM真菌水稻中Put合成主要通過以精氨酸為底物的精氨酸脫羧酶(ADC)途徑,以及以鳥氨酸為底物的鳥氨酸脫羧酶(ODC)途徑,而非菌根化水稻Put合成以ADC途徑為主。此外,AM真菌的存在促進了精胺(Spd)的分解,有較高的H2O2產(chǎn)生。SA通過增強AM真菌與水稻二者的氮與碳交流,促進氮的吸收,同時通過影響ADC基因的表達與多胺分解酶的活性調(diào)節(jié)Put與H2O2含量。因此可以推測,低溫環(huán)境下AM真菌促進水稻多胺代謝,SA作為信號分子與AM真菌共同作用增強水稻低溫抗性。呼吸代謝是植物主要產(chǎn)生能量過程,呼吸的強弱對植物抵抗逆境有重要作用。本文研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),低溫誘導(dǎo)菌根化水稻根系獨腳金內(nèi)酯合成基因的表達,促進獨腳金內(nèi)酯的合成,獨腳金內(nèi)酯作為宿主水稻向AM真菌發(fā)出的脅迫“求救”信號,促進共生的形成。低溫條件下,AM真菌通過促進宿主水稻丙酮酸代謝,增強TCA循環(huán)關(guān)鍵基因表達,加快了TCA循環(huán)的運行并影響電子傳遞過程。以交替氧化酶(AOX)為主的交替途徑可能是非菌根化水稻在脅迫下的主要電子傳遞途徑,而以細胞色素c氧化酶(COX)為主的細胞色素途徑則是菌根化水稻的主要電子傳遞途徑。同時,接種AM真菌后,水稻也有較高的ATP產(chǎn)量,保證水稻在低溫條件下維持正常呼吸,進而促進植物根系生長,緩解低溫帶來的不利影響。AM真菌通過促進植物水分吸收與海藻糖積累提高植物脅迫抗性,然而海藻糖與AM真菌水分吸收的關(guān)系以及低溫條件下菌根化水稻的水分策略并不明確。本文研究結(jié)果表明,在常溫與低溫條件下AM真菌都能促進水稻根系水分吸收,低溫條件下,接種AM真菌的水稻有較高的AM真菌與水稻水通道蛋白表達水平。不論是常溫還是低溫環(huán)境下,接種AM真菌處理根系較未接種處理水稻根系有較高的海藻糖合成基因表達量,如Os TPS1,Os TPS2與Os TPP1,因而有較多的海藻糖積累。外源添加海藻糖實驗表明,海藻糖同時調(diào)節(jié)AM真菌與水稻水通道蛋白的表達,為植物提供良好的生長條件。因此可以推測,低溫環(huán)境誘導(dǎo)了菌根化水稻中海藻糖合成,海藻糖作為信號調(diào)節(jié)AM真菌與宿主水通道蛋白表達,進而保證接種AM真菌的水稻在低溫下仍具有良好的水分狀況。
【關(guān)鍵詞】：AM真菌 水稻 低溫 代謝 機制
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S511;S182
【目錄】：

• 摘要8-11
• Abstract11-15
• 第一章 緒論15-37
• 第一節(jié) 選題依據(jù)及意義15-17
• 一、選題依據(jù)15-16
• 二、選題目的及意義16-17
• 第二節(jié) 國內(nèi)外研究進展17-34
• 一、低溫脅迫與植物的關(guān)系17-23
• 二、AM真菌共生體中碳、氮代謝與交流23-29
• 三、AM真菌提高植物抗性機制29-34
• 第三節(jié) 研究內(nèi)容、技術(shù)路線和創(chuàng)新點34-37
• 一、研究內(nèi)容34-35
• 二、技術(shù)路線35-36
• 三、創(chuàng)新點36-37
• 第二章 供氮水平與溫度對菌根化水稻碳、氮代謝的影響37-59
• 第一節(jié) 實驗材料與方法39-43
• 一、實驗材料39
• 二、實驗設(shè)置39-40
• 三、測定指標與方法40-43
• 第二節(jié) 實驗結(jié)果43-55
• 一、水稻生長與菌根侵染率的變化43-48
• 二、養(yǎng)分吸收變化48-50
• 三、可溶性糖含量50
• 四、硝酸還原酶與谷胺酰氨合成酶活性變化50-52
• 五、蔗糖磷酸合成酶與蔗糖合成酶活性變化52-53
• 六、茉莉酸（JA）與NO含量變化53-55
• 第三節(jié) 討論55-59
• 第三章 低溫對菌根化水稻多胺代謝的影響59-79
• 第一節(jié) 實驗材料與方法61-64
• 一、實驗材料61
• 二、實驗設(shè)置61-62
• 三、測定指標與方法62-64
• 第二節(jié) 結(jié)果與分析64-76
• 一、溫度對水稻生長與養(yǎng)分吸收的影響64-67
• 二、不同溫度下水稻多胺含量變化67-68
• 三、不同溫度下多胺合成基因表達情況68-70
• 四、不同溫度下多胺的分解代謝70-71
• 五、不同溫度對SA含量的影響71-72
• 六、SA處理對水稻與AM真菌碳、氮交流的影響72-73
• 七、SA處理對水稻多胺含量的影響73-74
• 八、SA處理對水稻多胺代謝的影響74-76
• 第三節(jié) 討論76-79
• 第四章 低溫對菌根化水稻呼吸代謝的影響79-99
• 第一節(jié) 實驗材料與方法81-85
• 一、實驗材料81
• 二、實驗設(shè)置81-82
• 三、測定指標與方法82-85
• 第二節(jié) 實驗結(jié)果85-93
• 一、低溫脅迫下獨腳金內(nèi)酯合成基因表達情況85-86
• 二、水稻根系呼吸代謝基質(zhì)庫強度的變化86-88
• 三、不同溫度下水稻TCA循環(huán)的變化88-90
• 四、低溫脅迫對水稻電子傳遞變化的影響90-91
• 五、不同溫度下水稻根系A(chǔ)TP含量的變化91-92
• 六、不同溫度下水稻生理參數(shù)的變化92-93
• 第三節(jié) 討論93-99
• 第五章 低溫對菌根化水稻海藻糖代謝的影響99-117
• 第一節(jié) 實驗材料與方法101-104
• 一、實驗材料101
• 二、實驗設(shè)置101-102
• 三、測定指標與方法102-104
• 第二節(jié) 實驗結(jié)果104-112
• 一、不同溫度下水稻生理指標的變化104-105
• 二、不同溫度下水稻根系與AM真菌水通道蛋白基因表達的變化105-107
• 三、溫度對海藻糖合成的影響107-109
• 四、海藻糖對水稻根系相對含水量與根長的影響109-110
• 五、海藻糖對水通道蛋白表達量的影響110-112
• 第三節(jié) 討論112-117
• 第六章 研究結(jié)論與展望117-121
• 第一節(jié) 研究結(jié)論117-119
• 第二節(jié) 研究不足與展望119-121
• 參考文獻121-139
• 發(fā)表文章目錄139-141
• 致謝141-142

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 金海如;;叢枝菌根菌絲精氨酸雙向運轉(zhuǎn)并分解為鳥氨酸[J];中國科學(xué)(C輯:生命科學(xué));2008年11期

2 ;NO-mediated hypersensitive responses of rice suspension cultures induced by incompatible elicitor[J];Chinese Science Bulletin;2003年04期

  本文關(guān)鍵詞：叢枝菌根真菌提高水稻低溫抗性機制：碳、氮代謝及植物激素的作用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：314966