【作者】 邵艳军；

【导师】 山仑； 苏维埃； 李广敏；

【作者基本信息】 西北农林科技大学 ， 植物学， 2005， 博士

【摘要】 干旱是农业生产中经常遇到的主要非生物因素逆境,严重影响着农作物的产量和分布,造成农业的减产和种植区域的限制,目前解决这一问题的方法之一是改善作物抗逆品质,培育或种植优良抗旱的作物和品种。由于抗旱性状是多基因作用的结果,目前,应用现代分子和遗传等生物工程方法对农作物品种进行的较单一的基因的改良还没有带来农业生产上实质性的突破,彻底解决粮食生产中存在的问题。所以,有必要进一步搞清植物的抗旱机理。高粱抗旱性较强,是研究抗旱机理的较好的实验材料,在大田生产和科研工作中,大家公认高粱的抗旱性状好于小麦、玉米等作物。本研究在阐述、总结前人对干旱机制研究进展和高粱抗旱研究的基础上,以高粱为研究对象,以较之抗旱性差的玉米为对照,开展了植物抗旱生理机制的比较研究。并在分子水平上,在遗传背景研究较多的玉米上首先阐明质膜水孔蛋白对植物抗旱作用,在此基础上,对遗传背景研究较少的高粱的质膜水孔蛋白进行了研究,进而在分子水平上进行了二者水孔蛋白抗旱机制的比较。得到了如下主要结果:　1.通过土壤自然干旱和复水实验,初步明确了渗透调节和抗氧化等耐旱途径是高粱和玉米所共有的,只是在主要渗透调节物质和抗氧化酶上存在物种间的差异。一般情况下,高粱的渗透调节物质主要是可溶性糖和可溶性蛋白,抗氧化酶主要是CAT,玉米的渗透调节物质则主要是脯氨酸、K+,抗氧化酶主要是SOD、POD。在抵御干旱胁迫和复水修复及生理功能恢复等方面,高粱表现出了较好的抗旱能力。另外,发现在同一物种不同抗旱性品种间也存在渗透调节和抗氧化上的差异,一般抗旱品种较抗旱性差的品种渗透调节能力和抗氧化能力更强;同时,发现在不同物种间的不同抗旱性品种上存在渗透调节物质和抗氧化酶在干旱或复水时变化趋势上的一致。表明植物抗旱是个复杂交织的网络体系。实验证实了高粱比玉米具有较高的水势,初步阐明了高粱在渗透调节和抗氧化上的耐旱机制。　2.在高粱上首次进行了水孔蛋白和抗旱关系的功能研究,并进行了和玉米间的物种比较,初步阐明了高粱在水孔蛋白分子水平上的抗旱机制。实验以遗传性背景研究较清楚的玉米为参照,结合玉米幼叶向基性生长,伸长区具有低水势下生长较快的特点,以玉米幼叶为实验材料,采用RT-PCR 和Western　blotting 和in　situ　Western 等分子实验技术,初步明确了质膜水孔蛋白在玉米幼叶伸长生长和抗旱中的作用。之后结合运用到高粱水孔蛋白的研究上,说明了质膜水孔蛋白参与了高粱幼叶伸长生长和抗旱。并对高粱、玉米质膜水孔蛋白基因和蛋白水平上的差异进行了比较,在水孔蛋白抗旱机制上对高粱的抗旱机理得到了初步结论。更多还原

【Abstract】 Drought　is　one　major　abiotic　factor　that　adversely　affects　the　crop　production　and　distribution　and　account　for　the　reduction　in　the　yields　of　crops.　At　present,　to　improve　the　crop’s　quality　of　water　stress　resistant　ability　through　breeding　anti-water　stress　plants　or　cultivars　is　one　of　the　main　methods　to　solve　this　problem.　As　the　water　stress　resistant　ability　is　controlled　by　multigenes,　using　modern　molecular　and　gene　technology　to　breed　water　stress　resistant　plant　or　genotype　has　not　got　the　good　result.　So　it　is　very　important　and　necessary　to　give　more　attention　to　clear　up　the　water　stress　resistant　mechanism　deeply.　Sorghum　is　a　model　plant　for　researching　the　mechanism　of　water　stress　resistance.　In　this　study,　various　sorghum　cultivars　were　used　as　experimental　materials　to　study　the　mechanism　of　water　stress　resistance　and　compared　with　maize,　which　water　stress　resistant　ability　is　lower　than　sorghum　while　its　geneology　knowledge　is　more　clear.　In　our　study,　we　first　compared　the　osmotic　mechanism　and　antioxidant　ability　between　sorghum　and　maize,　and　then　on　the　base　of　revealing　the　function　of　aquaporin　PIP1　in　maize　leaf　growth　and　water　stress　resistant　ability,　we　studied　the　role　of　the　same　type　aquaporin　in　sorghum,　and　compared　its　change　between　sorghum　and　maize　in　the　level　of　molecular　mechanism.　The　main　results　are　as　follows:　1.Through　the　soil　drought　and　recovered　water　experiment,　we　confirmed　that　the　osmotic　tolerance　and　antioxidant　mechanism　are　all　exit　in　sorghum　and　maize,　while　their　main　osmotic　materials　and　antioxidant　enzymes　are　different.　In　sorghum,　the　soluble　sugar　and　protein　are　the　main　osmotic　substance　and　CAT　is　the　main　antioxidant　enzyme.　In　maize,　it　used　the　K+　and　proline　as　the　main　osmotic　materials　and　SOD　and　POD　as　the　main　antioxidant　enzymes.　We　also　found　the　difference　in　the　osmotic　tolerance　and　antioxidant　ability　between　different　genotype　in　sorghum　or　in　maize,　and　the　same　mechanism　change　between　sorghum　and　maize.　So　the　anti-drought　mechanism　in　the　crop　is　a　complex　net.　Sorghum　has　higher　water　potential　than　maize,　and　has　more　effective　　osmotic　tolerance　and　antioxidant　ability.　It　showed　more　tolerance　to　drought　than　maize.　2.We　first　report　the　role　of　aquaporin　in　sorghum,　and　compared　its　difference　with　maize.　The　sorghum　water　stress　resistant　mechanism　was　revealed　in　some　extent　in　AQP.　At　first,　using　RT-PCR,　Western　blotting　and　in　situ　Western　or　so　molecular　technology,　we　studied　the　aquaporin　PIP1　in　maize　leaf　growth　and　its　water　stress　resistance.　In　mRNA　and　protein　level,　We　found　the　PIP1　play　roles　in　maize　leaf　growth　and　maize　water　stress　resistance,　and　showed　different　change　in　different　maize　genotype.　Base　on　the　maize　experiment,　we　studied　the　function　in　sorghum　and　got　the　same　conclusion.　Then　we　compared　the　difference　of　PIP1　between　sorghum　and　maize　and　found　PIP1　gave　much　more　function　in　maize　than　in　sorghum　at　the　protein　level.　The　function　of　aquaporin　　is　one　of　the　　water　stress　resistant　mechanism　in　plant.更多还原