植物非生物逆境胁迫DREBCBF转录因子的研究进展

植物非生物逆境胁迫DREBCBF转录因子的研究进展
植物非生物逆境胁迫DREBCBF转录因子的研究进展

第47卷第1期2011年1月

SCIENTIA

SILVAE

SINICAE

Vol.47,No.1Jan.,2011

植物非生物逆境胁迫DREB /CBF

转录因子的研究进展

李科友1 朱海兰2

(1.西北农林科技大学生命科学学院 杨凌712100;

2.西北农林科技大学林学院 杨凌712100)

摘 要: 综述近十几年来,特别是近5年来国内外DREB /CBF 转录因子的研究进展,主要包括DREB /CBF 转录因子的结构特点,DREB /CBF 基因的克隆、表达调控及其在植物抗逆基因工程中的作用,以及DREB /CBF 转录因子研究中的问题与展望,旨在为植物抗逆育种提供理论依据。DREB /CBF 类转录因子即干旱应答元件结合蛋白质/C -重复序列结合子,是AP2/EREBP 转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够特异性地与抗逆基

因启动子区域的DRE /CRT 顺式作用元件相结合,在干旱、低温和高盐等条件下调节一系列下游逆境应答基因的表达,是植物逆境适应中的关键性调节因子。目前,已从拟南芥、欧洲油菜、水稻、玉米、小麦、陆地棉、大豆和番茄等几十种植物中分离并鉴定出调控干旱、高盐及低温耐性的DREB /CBF 基因,并利用这些基因得到抗逆性增强的拟南芥、欧洲油菜、番茄、小麦以及杨树等转基因植株。转基因结果表明,DREB /CBF 转录因子家族在植物抗逆品种改良中具有重要的应用价值。

关键词: DREB /CBF;转录因子;DRE /CRT 顺式作用元件;转基因植物;抗逆育种

中图分类号:S718.46;Q943.2 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2011)01-0124-11

收稿日期:2010-08-02;修回日期:2010-10-06。

Research Progress of DREB /CBF Transcription Factor in

Response to Abiotic?Stresses in Plants

Li Keyou 1 Zhu Hailan 2

(1.College of Life Sciences ,Northwest A &F University Yangling 712100;

2.College of Forestry ,Northwest A &F University Yangling 712100)

Abstract : The research progress on DREB /CBF (Dehydration Responsive Element Binding Protein /C?repeat Binding Factor)transcription factors in last decades especially in recent five years is reviewed,mainly including the structural features of DREB /CBF transcription factors,the cloned DREB /CBF genes and their expression regulations,the application

of DREB /CBF genes in gene engenieering for improving plant stress resistance,as well as the existing problems and the future prospective of DREB /CBF to provide reference for plant stress?resistant breeding.DREB /CBF transcription factor,

with a typical AP2/EREBP DNA?binding domain,could specifically bind to the DRE /CRT (Dehydration Responsive Element /C?repeat)cis?acting element and activate a lot of the expression of stress inducible genes under dehydration,low temperature and saline conditions,and hence increase plants’tolerance to environmental stresses.According to the published literature in last decades,a vast number of DREB /CBF transcription factor genes have been isolated and

characterized from a variety of plants such as Arabidopsis thaliana ,Brassica napus ,Oryza sativa ,Zea mays ,Triticum

aestivum ,Gossypium hirsutum ,Glycine max and Lycopersicon esculentum .Over?expression of these DREB /CBF

cDNAs in Arabidopsis thaliana ,Brassica napus ,Lycopersicon esculentum ,Triticum aestivum and Populus could greatly enhance stress tolerance of these transgenic plants,which indicated the importance of DREB /CBF transcription factors in plant stress?resistant breeding.

Key words : DREB/CBF;transcription factor;DRE/CRT cis?acting element;transgenic plant;stress?resistant breeding 干旱、盐碱、低温等非生物逆境是影响植物生长

发育的主要因素,植物受到逆境胁迫时会产生形态、生理、基因表达等适应性调节反应以降低或消除危

害。转录因子(反式作用因子)基因是植物中最重要的一类调节基因,其在植物体内构成复杂的调节网络,在时间和空间上协同控制基因的表达。转录

 第1期李科友等:植物非生物逆境胁迫DREB/CBF转录因子的研究进展

因子是能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性作用的DNA结合蛋白,通过它们之间以及与其他相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制基因转录。DREB/CBF(Dehydration Responsive

Element Binding Protein/C?repeat Binding Factor)转录因子,即干旱应答元件结合蛋白质/C-重复序列结合子,能特异结合DRE/CRT(Dehydration Responsive Element/C?repeat)顺式作用元件。DRE/CRT顺式作用元件普遍存在于干旱、高盐或低温等逆境应答基因的启动子中,核心序列为CCGAC。DREB/CBF转录因子由逆境胁迫诱导产生后,可激活其他一系列依赖DRE/CRT顺式作用元件的抗逆功能基因的表达,从而增强植物对干旱、低温及高盐等逆境的抗性(Agarwal et al.,2006)。因此,DREB/CBF转录因子在植物抗逆中的作用越来越广泛地受到重视,目前,已成为植物抗逆分子生物学研究的热点之一。本文就近十几年特别是近5年来国内外DREB/CBF转录因子的研究进展, DREB/CBF转录因子在植物抗逆中的作用及研究作一综述,旨在为植物抗逆育种提供理论依据。

1 DREB/CBF转录因子的结构特点

迄今报道的DREB/CBF转录因子基因内均无内含子,从蛋白质结构分析,DREB/CBF转录因子含有1个保守的AP2/EREBP结构域,是转录因子AP2/EREBP家族中的1个亚家族,主要调节植物对低温、干旱和高盐等逆境的分子应答。DREB/CBF 亚族又分为6个亚组(A?1—A?6),氨基酸序列对比发现,A?1类转录因子上游含有1个保守的核定位信号区(NLS):PKRPAGRTKFRETRHP,下游含有DSAW的保守序列和羧基末端的LWSY保守序列,这些序列被称为A?1类转录因子的特征序列(Jaglo et al.,2001)。而在与干旱、高盐诱导相关的A?2类转录因子中不存在(Yamaguchi et al.,2006)。A?3—A?64个亚组占整个拟南芥(Arabidopsis thaliana) DREB/CBF亚族基因的75%,但目前对它们的功能研究很少。最近,对这4个DREB/CBF亚组的基因研究相继有一些报道,如拟南芥TINY2(A?4)(Wei et al.,2005),大豆(Glycine max)Gm?DREB2(A?5) (Chen et al.,2007),陆地棉(Gossypium hirsutum) GhDBP3(A?4),GhDBP1(A?5),GhDBP2(A?6) (Huang et al.,2006a)和玉米(Zea mays)ZmDBF1 (A?6)(Kizis et al.,2002)。

DREB/CBF转录因子的二级结构具有典型的结构特征:在C-末端富含酸性氨基酸,只有少量碱性氨基酸,功能是作为转录激活区。例如小麦(Triticum aestivum)的TaDREB1C-末端的50个氨基酸中酸性氨基酸占25%,碱性氨基酸仅为4%;榆钱菠菜(Atriplex hortensis)的AhDREB1C-末端的80个氨基酸中酸性氨基酸占23%,碱性氨基酸仅为3%(Shen et al.,2003a;2003b)。N-末端富含碱性氨基酸,是核定位信号区;中间由58个左右氨基酸残基组成的AP2/EREBP结构域,分为2个保守元件YRG和RAYD。YRG含有19~22个氨基酸残基,大多数为碱性氨基酸残基,有利于与DNA的结合。RAYD由42或43个氨基酸残基组成,含有由18个氨基酸组成的α-双亲螺旋的核心区域; AP2/EREBP结构域可形成3个β-折叠和1个α-螺旋结构,其中位于第2个β-折叠中的第14位的缬氨酸(V)和第19位的谷氨酸(E),特别是第14位的缬氨酸(V),对决定DREB/CBF转录因子与DRE/CRT顺式作用元件的特异性结合起关键作用(Liu et al.,1998;Sakuma et al.,2002)。已报道的DREB/CBF转录因子的AP2/EREBP结构域中有7个关键残基参与了DREB/CBF蛋白与DRE/CRT顺式作用元件的直接作用,它们是4个精氨酸(R)残基、2个色氨酸(W)残基和1个缬氨酸(V)残基(陈金焕等,2007)。Gao等(2002)通过突变的方法发现缬氨酸(V)的突变导致DREB/CBF蛋白结合DRE/ CRT顺式作用元件的活性基本丧失,从而说明缬氨酸(V)是DREB/CBF家族的特征残基。

2 DREB/CBF转录因子基因的克隆

自Stockinger等(1997)首次从拟南芥cDNA文库中克隆到AtCBF1以来,DREB/CBF转录因子基因的克隆得到较大的发展,已陆续从各种植物中克隆出DREB/CBF基因(表1)。

3 DREB/CBF转录因子基因的表达调控Stockinger等(1997)利用酵母一元杂交方法首次从拟南芥cDNA文库中克隆到DRE/CRT结合蛋白质基因,并命名为CBF1(CRT-binding factor 1)。Liu等(1998)利用rd29A基因启动子的DRE/ CRT顺式作用元件和酵母一元杂交方法,从拟南芥中克隆了2类共5个与DRE元件特异结合,在低温、干旱或高盐胁迫下调控基因表达的DREB转录因子,分别命名为DREB1A(CBF3),DREB1B (CBF1),DREB1C(CBF2)和DREB2A,DREB2B。自那时以来,DREB/CBF转录因子一直是植物分子生物学研究的热点。

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林业科学47卷 

表1 从不同种植物中分离的DREB /CBF 基因对各种非生物胁迫的反应①

Tab.1 DREB /CBF genes isolated from different plants and their transcript respones to various abiotic stress

物种Species

DREB /CBF 类别DREB /CBF type 胁迫诱导表达条件Expression in stress

低温Cold

干旱Drought

盐Salt ABA 参考文献References

拟南芥Arabidopsis thaliana

AtDREB1A /AtCBF3AtDREB1B /AtCBF1AtDREB1C /AtCBF2AtDREB1D /AtCBF4+++-

---+

---+---+Liu et al.,1998Gilmour et al.,1998Medina et al.,1999Haake et al.,2002Sakuma et al.,2002AtDREB2A AtDREB2B AtDREB2C AtDREB2D

----++--++++----Liu et al.,1998Sakuma et al.,2002AtDREB1E /DDF2AtDREB1F /DDF1AtDREB2E ------++---+Magome et al.,2004Sakuma et al.,2002水稻Oryza sativa

OsDREB1A OsDREB1B OsDREB1C OsDREB1D OsDREB2A OsDREBL OsDREB1?1OsDREB4?1OsDREB4?2OsDREB1F ++??--+??-??+--??-+-??+??++-??-+-??+??+--??---??-??+Dubouzet et al.,2003

Chen et al.,2003Dubouzet et al.,2003Wang et al.,2008欧洲油菜Brassica napus

BnCBF5BnCBF7BnCBF16BnCBF17++++----???--?-?Gao et al.,2002

大豆Glycine max

GmDREBa GmDREBb GmDREBc GmDREB2GmDREB5++-+-+++++++++++-++-Li et al.,2005Chen et al.,2007于月华等,2008小麦Triticum aestivum

TaDREB6CBF2?1CBF2?2WDREB2?+++++++???+---+倪志勇等,2008Kume et al.,2005Egawa et al.,2006小偃54Triticum aestivum ‘Xiaoyan 54’TaDREB1++++Shen et al.,2003a 大麦Hordeum vulgare HvCBF3HvDRF1+-?-Choi et al.,2002Xue et al.,2004陆地棉Gossypium hirsutum

GhDREB1L GhDBP2GhDBP3+++

+++

+++

?++

Huang et al.,2007Huang et al.,2006a Huang et al.,2006b 番茄Lycopersicon esculentum CBFlike +???Jaglo et al.,2001烟草Nicotiana tabacum Tsil ??+?

Park et al .,2001落花生Arachis hypogaea PNDREB1++--张梅等,2009苇状羊茅Festuca arundinacea FaDREB1+---阳文龙等,2006黑麦草Lolium perenne LpCBF3+---Xiong et al.,2006辣椒Capsicum annuum CaDREBLP1-++-Hong et al.,2005番薯Ipomoea batatas swDREB1+++-

Kim et al .,2008榆钱菠菜Atriplex hortensis AhDREB1??+?Shen et al .,2003b 狗牙根Cynodon dactylon BeDREB1BeDREB2++

??++??谢永丽等,2005狼尾草Pennisetum glaucum PgDREB 2A +++?

Agarwal et al .,2007玉米Zea mays

ZmDREB2A ZmDBP2ZmDBF1+??-++

-++

-++

Qin et al .,2007Wang et al.,2010Kizis et al.,2002盐芥Thellungiella salsuginea TsCBF1????高峰等,2005巴西橡胶树Hevea brasiliensis

HbCBF1

?

?

?

?

程汉等,2005

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 第1期

李科友等:植物非生物逆境胁迫DREB /CBF 转录因子的研究进展

续表Continued

物种Species

REB /CBF 类别DREB /CBF type

胁迫诱导表达条件Expression in stress

低温Cold

干旱Drought

盐Salt ABA ABA

参考文献References

蓝桉Eucalyptus globulus EgCBF1+???Gamboa et al .,2007芦荟Aloe vera var.chinensis AvDREB1AvDREB2++

?+?+?+Wang et al .,2007张倩等,2009银新杨Populus alba ×P.alba var.pyramidalis

PaDREB 2+++?

秦红霞等,2005河北杨Populus hopeiensis PhCBF4a PhCBF4b ??++????Wang et al.,2008小立碗藓Physcomitrella patens PpDBF1++++Liu et al .,2007毛华菊Dendranthema vestitum DvDREB2++++Liu et al .,2008菊花Dendranthema morifolium DmDREBa DmDREBb ++????++Yang et al .,2009西府海棠Malus micromalus MrDREBA6++++付晓燕等,2009盐角草Salicornia brachiata SbDREB2A ?++?Gupta et al .,2010柠条锦鸡儿Caragana korshinskii CkDBF ++++Wang et al .,2010b 枳Poncirus trifoliata PtCBFb +???Wang et al .,2009越橘Vaccinium vitis?idaea VviDREB1+?++Wang et al .,2010c 截形苜蓿Medicago truncatula MtDREB1C +???Chen et al .,2010毛白杨Populus tomentosa

PtCBF5

+

+

-

-

周洲等,2010

①+:诱导表达Induction expression ;-:诱导不表达Induction not expression;?:未研究Not studied;??:组成型表达Constitutive expression.

植物的干旱、高盐及低温胁迫应答途径涉及到

依赖于ABA 和不依赖ABA 的信号传导途径。目前,从植物中分离得到的DREB /CBF 类转录因子都

能通过与DRE /CRT 元件的相互作用,完成对干旱、高盐或低温胁迫应答基因的激活作用。其中A?1和A?2组的主要成员DREB1A /B /C 和DREB2转录因子分别参与到不依赖于ABA 的低温和脱水(干旱或

高盐)胁迫应答途径中,其他受逆境诱导的DREB /CBF 转录因子如DREB1D /CBF4,GmDREBa,GmDREB2,ZmDBP2,ZmDBF1,CkDBF,MrDREBA6,TaDREBA6,PpDBF1,DvDREB,AvDREB2,GhDBP2

和GhDBP3等参与到依赖ABA 的脱水应答途径中。这些结果表明不同植物中类似的DREB /CBF 基因,其参与的细胞内信号转导的途径可能不同,植物在逆境胁迫应答反应中存在着复杂的信号传递途径,并且各种胁迫信号传递途径间通过某些共同的组分联系在一起,构成一个复杂的信号传递网络(Haake et al.,2002)。大部分DREB /CBF 基因的表达受干旱、盐碱、低温或冻害等逆境胁迫的诱导,但不同形式DREB /CBF 在同一植物和不同植物中诱导表达的条件和所需时间不同。

在正常生长条件下,在拟南芥中几乎检测不到AtDREB1基因转录产物的存在;当受到低温协迫时,AtDREB1A ,AtDREB1B 和AtDREB1C 基因能在

15min 内表达,并在2h 内达到最高,随后开始下降,但在24h 内基因表达仍然高于对照;而对于AtDREB2基因来说,干旱和高盐处理时,10h 表达

水平达到最高(Liu et al .,1998)。AtCBF4基因被干

旱和ABA 处理快速强烈诱导,而不受低温诱导(Haake et al .,2002)。水稻低温处理后40min 内

OsDREB1A 和OsDREB2A 基因被快速诱导,但不受外源ABA 的诱导。OsDREB1A 盐处理5h 后被诱

导,OsDREB1C 为组成型表达,OsDREB1D 在胁迫和正常条件下检测不到,OsDREB2A 干旱或高盐250mmol ·L -1NaCl 处理24h 被诱导,对低温和ABA 处理反应不敏感(Dubouzet et al.,2003)。辣椒(Capsium annuum )中CaDREBLP1被干旱、高盐快速诱导,机械损伤也可诱导,但不被低温诱导,这种表达方式与AtDREB2A 表达方式十分相似,但还属于DREB1类基因,因为其结构特征与其他DREB1基因类似,这说明CaDREBLP1属于一种新型的DREB 基因(Hong et al.,2005)。

DREB /CBF 转录因子家族可以特异性地识别并结合DRE /CRT 顺式作用元件,调控RD29A ,RD17,ERD10,KIN1,COR6.6,KIN2和COR15A 等多种下游基因(启动子区域含有DRE /CRT 顺式作用元件)的表达,其自身的表达也受上游基因作用、“同伴”作用以及其下游基因的反馈作用。研究表明,DREB /CBF 的上游基因ICE1(inducer of CBF expression 1),LOS1(low expression of osmotically respessive genes 1),LOS4(low expression of osmotically respessive genes 4),FRY2(fiery2),HOS1(high expression of osmotically respessive genes 1)等

对DREB /CBF 的表达都起着重要的调控作用(Chinnusamy et al.,2003;Lee et al.,2001)。Novillo 等(2004)通过基因芯片技术发现,在低7

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林业科学47卷 

温情况下,AtDREB1A /AtCBF3和AtDREB1B /AtCBF1较AtDREB1C /AtCBF2提前表达。此外,在拟南芥cbf2突变株中,AtDREB1A /AtCBF3和AtDREB1B /AtCBF1的表达量都有所增加,其抗旱耐盐抗冻的能力也较野生型强。这些研究说明AtDREB1C /AtCBF2

AtDREB1A /AtCBF3

AtDREB1B /

AtCBF1起到了反向调节的作用(Novillo et al .,

2004)。Gao 等(2002)发现在欧洲油菜(Brassica

napus )los1突变株中,由低温诱导的含有DRE /CRT 元件的基因合成受阻时CBF 的表达量却增高,推测CBF /DREB1可能被自己的基因产物和下游基因产物所反馈抑制。

有关特定组织中DREB /CBF 表达的研究还不多。在正常生长条件下,AtDREB2A 和AhDREB1在拟南芥和山波菜根、茎和叶中均得到表达,在盐胁迫下,AhDREB1在根中高度表达,但在茎叶中表达量差异不大(Shen et al .,2003b)。在大豆幼叶中GmDREBa

被低温、干旱、高盐快速诱导,而GmDREBb 的表达则不明显,但干旱、盐和ABA 处理后GmDREBc 在根中表达程度很高(Li et al .,2005)。菊花(Dendranthema morifolium )DmDREBa 和DmDREBb 在茎和叶中的表达量比在根和花中的表达量高(Liu et al .,2008)。番薯(Ipomoea batatas )SwDREB1在茎和块状根中高水平表达(Kim et al .,2008)。西府海棠(Malus micromalus )MrDREB6在叶中的表达量远高于其他组织,其次在种子中,在茎中的表达量最少(付晓燕等,

2009)。这种组织特异性表达可能与植物的不同抗性机制有关,受启动子特异元件调控。

植物细胞从感应干旱、高盐或低温胁迫开始,通过各级信号传递DREB /CBF 转录因子与DRE /CRT 顺式作用元件相互作用的转录调控,目的基因的表达、基因产物的积累引起的各种生理生化调节,最终使植物抗逆性获得增强,这一系列过程可用图1来概括(刘强等

,2000)。

图1 逆境胁迫下DREB /CBF 转录因子的感应和表达调控过程

Fig.1 A process of induction,expression and regulation of DREB /CBF transcription factor in environmental stresses

4 DREB /CBF 转录因子基因在植物抗逆基因工程中的作用

由于植物对低温、干旱和高盐等逆境胁迫耐性受多个基因的控制,因此其强弱往往不取决于单个

因子,而是受许多因子影响。DREB /CBF 转录因子能够识别DRE /CRT 元件,与基因启动子区域的DRE /CRT 顺式作用元件特异性结合,在信号传导及诱导下游许多抗逆相关的功能基因表达中起到关键作用。因此,利用转录因子增强植物抗逆性成为改

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 第1期李科友等:植物非生物逆境胁迫DREB/CBF转录因子的研究进展

良植物抗逆性的重要途径。DREB/CBF转录因子自首次报道以来,一直受到广泛关注,研究者们通过转基因手段鉴定DREB/CBF转录因子的功能,同时也得到了许多抗性增强的转基因植株(表2)。

表2 过量表达DREB/CBF的转基因植物对逆境胁迫的反应

Tab.2 Stress response of transgenic plants overexpressing DREB/CBF

目的基因

Purpose gene转基因植物

Transgenic plants转基因植株的抗性

Tolerance of transgenic plants参考文献

References AtCBF1拟南芥Arabidopsis thaliana低温Freezing Joglo et al.,1998 AtDREB1A拟南芥Arabidopsis thaliana低温、干旱Freezing and drought Liu et al.,1998 AtDREB1A拟南芥Arabidopsis thaliana低温、干旱、高盐Freezing,drought and high?salt Kasuga et al.,1999 AtDREB1A地被菊Dendranthema grandiflorum干旱、高盐Drought and high?salt洪波等,2006 AtDREB2A CA拟南芥Arabidopsis thaliana干旱Drought Sakuma et al.,2006 AtCBF3拟南芥Arabidopsis thaliana低温Freezing Gilmour et al.,2000

AtCBF1欧洲油菜Brassica napus低温Freezing甄伟等,2000

Joglo et al.,2001 AtCBF1烟草Nicotiana tabacum低温Freezing甄伟等,2000 AtCBF2欧洲油菜Brassica napus低温、干旱Freezing and drought Joglo et al.,2001

AtCBF1番茄Lycopersicon esculentum低温、干旱和氧化胁迫

Freezing,drought and oxidative stress Hsieh et al.,2002a;2002b Lee et al.,2003

AtCBF1草莓Fragaria×ananassa低温Freezing Owens et al.,2002 AtCBF4拟南芥Arabidopsis thaliana低温、干旱Freezing and drought Haake et al.,2002 AtDREB1A烟草Nicotiana tabacum低温、干旱Freezing and drought Kasuga et al.,2004 AtDREB1A小麦Triticum aestivum干旱Drought Pellegrineschi et al.,2004 AtCBF1黑麦草Lolium perenne干旱Drought杨风萍等,2006 AtCBF1杨树Populus低温Freezing Benedict et al.,2006

AtCBF1水稻Oryza sativa低温、高盐、渗透胁迫

Freezing,high?salt and osmotic stress Lee et al.,2004 Oh et al.,2005 Ito et al.,2006吴关庭等,2006

AtDREB1A苇状羊茅Festuca arundinacea干旱Drought Zhao et al.,2007 AtDREB1A落花生Arachis hypogaea干旱Drought Bhatnagar?Mathur et al.,2007 AtDREB1A马铃薯Solanum tuberosum低温、高盐Freezing and high?salt Behnam et al.,2007;2006

Celebi?Toprak et al.,2005

AtDREB1c南林895杨Populus×

euramericana‘Nanlin895’干旱、高盐Drought and high?salt杨春霞等,2009 AhDREB1烟草Nicotiana tabacum干旱、高盐Drought and high?salt Shen et al.,2003b OsDREB1A拟南芥Arabidopsis thaliana低温、干旱、高盐Freezing,drought and high?salt Dubouzet et al.,2003 BNCBF5欧洲油菜Brassica napus低温Freezing Savitch et al.,2005 BNCBF17欧洲油菜Brassica napus低温Freezing Savitch et al.,2005

Tsil1烟草Nicotiana tabacum渗透胁迫Osmotic stress Park et al.,2001 ZmDREB1/CBF拟南芥Arabidopsis thaliana低温、干旱Freezing and drought Qin et al.,2004 GmDREB2小麦Triticum aestivum干旱、高盐Drought and high?salt高世庆等,2005 GmDREB3拟南芥Arabidopsis thaliana低温、干旱、高盐Freezing,,drought and high?salt Chen et al.,2009 GmDREB2拟南芥Arabidopsis thaliana干旱、高盐Drought and high?salt Chen et al.,2007 HsDREB1A百喜草Paspalum notatum干旱、高盐Drought and high?salt James et al,.2008 LpCBF3拟南芥Arabidopsis thaliana低温Freezing Zhao et al.,2008 WDREB2烟草Nicotiana tabacum低温、渗透胁迫Freezing and osmotic stress Kobayashi et al.,2008 GhDREB1烟草Nicotiana tabacum低温Freezing Shan et al.,2007 GmDREB1紫苜蓿Medicago sativa高盐High?salt Jin et al.,2010 GmDREB5烟草Nicotiana tabacum干旱、高盐Drought and high?salt于月华等,2008 TsCBF1玉米Zea mays干旱Drought Zhang et al.,2010 SbDREB2A大肠杆菌Escherichia coli BL21高盐High?salt Gupta et al.,2010 PgDREB2A烟草Nicotiana tabacum高离子、高渗透胁迫Hyperionic and hyperosmotic stresses Agarwal et al.,2010 CkDBF烟草Nicotiana tabacum高盐、渗透胁迫High?salt and osmotic stress Wang et al.,2010 MtDREB1C截形苜蓿Medicago truncatula低温Freezing Chen et al.,2010 MtDREB1C月季花Rosa chinensis低温Freezing Chen et al.,2010 ZmDBP2拟南芥Arabidopsis thaliana干旱Drought Wang et al.,2010

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林业科学47卷 

DREB/CBF转录因子基因在转基因植物中表达较为复杂。目前,在植物抗逆基因工程中主要利用组成性启动子和特异诱导性启动子构建DREB/ CBF转基因抗逆品系。

利用组成型CaMV35S启动子在拟南芥中过量表达的AtDREB1A,OsDREB1A或GmDREB2(Kasuga et al.,1999;Dubouzet et al.,2003;Chen et al.,2007),在水稻中过量表达的AtDREB1A(Oh et al.,2005)和在烟草中过量表达的AhDREB1,GhDREB1(Shen et al.,2003a;Shan et al.,2007)均能增强植物抗逆性,但在一些情况下过量表达的DREB/CBF导致植株生长矮化(Liu et al.,1998;Kasuga et al.,1999; Dubouzet et al.,2003)。这可能是由于组成型CaMV35S启动子的控制,外源基因在转基因植物所有发育阶段都会持续表达,造成植物体内资源的非必要浪费,此外大量外源蛋白的积累也会干扰植物正常的代谢调控;使用特异诱导性rd29A启动子可以消除矮化现象(Kasuga et al.,1999;Pellegrineschi et al.,2004;Sakuma et al.,2006)说明诱导型启动子rd29A能更有效地提高植物对低温、干旱和高盐的耐受性(Kasuga et al.,1999;Agarwal et al.,2006),因为诱导型启动子是在遇到胁迫信号时才启动基因的表达,不会影响植物体在正常情况下的生长发育。Hsieh等(2002a)将与CaMV35S启动子连接的AtCBF1基因转入番茄(Lycopersicon esculentum),发现转基因番茄体内有类似拟南芥中的DREB信号转导过程,同时发现自由基减少,脯氨酸含量升高,植株的抗旱性和耐低温性都明显增强,但是也出现生长矮化现象;用GA3处理后,植株恢复正常生长,且耐寒能力仍明显高于野生型植株。但是CaMV35S 启动子驱动AtDREB1A/AtCBF3过量表达的转基因番茄和拟南芥,用GA3处理后,矮化现象并不发生变化(Hsieh et al.,2002a;2002b)。因此,转基因植株产生的矮化现象可能并非GA生物合成干扰,而是其他机制所致。

将AtDREB2A基因转入到拟南芥中,过度表达AtDREB2A的转基因拟南芥没有增强对逆境的抗性,由此推测AtDREB2A基因产物激活下游靶基因可能需要磷酸化或去磷酸化修饰(Liu et al.,1998; Dubouzet et al.,2003)。Sakuma等(2006)研究发现在拟南芥AtDREB2A基因中第136~165位氨基酸残基抑制了DREB2A蛋白质的活性,将该区域删除后,过度表达DREB2A的转基因拟南芥提高了对干旱的抗性。Agarwal等(2007)研究发现狼尾草(Pennisetum glaucum)PgDREB2A是一个磷酸化蛋白,并且磷酸化作用负调控蛋白对DNA的结合活性,磷酸化后的蛋白不能结合DRE元件,当用磷酸酶处理后,PgDREB2A结合DRE元件的能力得到了恢复。但是,Dubouzet等(2003)在另一个试验中,分别将拟南芥和水稻的OsDREB2A基因转入到水稻原生质体中却激活了GUS基因的表达。所以, DREB2A基因产物激活下游靶基因需要磷酸化或去磷酸化,这一结论并不是转基因植株胁迫抗性没有提高的真正原因,探明DREB2A基因如何提高植物的抗性还需要做进一步的研究。

Chen等(2007)从大豆(Glycine max)中克隆得到受干旱、高盐、低温以及ABA诱导的转录因子GmDREB2基因,将其分别置于特异启动子rd29A和CaMV35S启动子下转入拟南芥后,2种转基因植株的生长情况和野生型植株相比均未表现出异常,逆境处理试验表明转基因植株的抗性明显提高。目前,已从大豆中分离出6个DREB同源基因GmDREBa,GmDREBb,GmDREBc,GmDREB1, GmDREB2和GmDREB3(Li et al.,2005;Chen et al., 2007;2009),其中GmDREB1,GmDREB2和GmDREB3同属于DREB家族的A?5亚家族,过量表达的GmDREB1,GmDREB2和GmDREB3可以增强转基因拟南芥植株的抗旱、抗低温和抗高盐性(Chen et al.,2007;2009;Jin et al.,2010),这表明DREB家族的亚家族A?5是提高植物抗逆性的重要基因资源。

总之,一系列的转基因研究结果表明,DREB/ CBF转录因子家族不论是在双子叶植物、单子叶植物,还是在草本植物及木本植物抗逆品种改良中均具有十分重要的应用价值。

5 DREB/CBF转录因子研究中的问题与展望

综上所述,DREB/CBF在植物逆境信号转导途径中具有重要的位置,已对DREB/CBF的结构、类型、表达特性,在逆境胁迫下的作用及在培育转基因抗逆植物方面进行了大量的研究工作,这对于深刻理解植物的抗逆机制及利用该机制进行抗逆新品种的培育有重要意义,但依然存在许多问题有待进一步研究。

第一,DREB/CBF对于上游调控基因的研究还有待加强。Chinnvsamy等(2003)在拟南芥中发现

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 第1期李科友等:植物非生物逆境胁迫DREB/CBF转录因子的研究进展

了一个转录因子ICE1,该基因编码1个MYC?type bHLH(basic helix?loop?helix)蛋白,能够调节DREB1A/CBF3基因的表达,但是对其他DREB1/ CBF基因没有明显的调节作用。冷信号激活ICE1表达的机制,ICE1在冷信号和DREB1/CBF之间的具体调节过程,细胞膜上特异冷信号受体的分离鉴定,理清包括Ca2+作为第2信使瞬时积累到ICE1的转录后修饰之间的上游事件等,还有待以后研究。

第二,有关DREB/CBF类抗逆境转录因子的功能及转录调控的研究大部分来自拟南芥,而对其他植物的研究相对较少。Benedict等(2006)发现杨树和拟南芥中的调节子(regulon)相似,但是对这些调节子的上游序列进行分析,并没有发现DRE (CCGAC)的大量存在,而ABRE却比较丰富,这2个顺式元件在杨树调节子中的相互作用关系也有待继续研究。已完成的杨树基因组测序为木本植物DREB/CBF调控途径的研究提供了有力的条件,对DREB/CBF在木本植物中的调控网络进行解析,并将其应用于优质抗逆林木的筛选,将是今后研究的一个重要方向。

第三,已对DREB/CBF类抗逆境转录因子在干旱、低温和高盐胁迫的应答进行了大量的研究,而对它们在其他胁迫如高温、高湿和抗氧化等胁迫方面的研究较少;DREB/CBF转录因子识别各种不同顺式作用元件并与之结合的机制,DREB/CBF转录因子影响转录起始速度的机制和如何接受外源信号以及如何控制靶基因的表达还不够清晰。

第四,转入DREB/CBF基因受体植物种类不够广泛,尚缺乏能够在田间应用的抗逆转基因植物。例如转CBF基因时,所研究的对象主要集中在拟南芥、欧洲油菜、番茄、大麦、小麦等植物上,对于一些亲缘关系较远的植物是否有效,还有待进一步研究;有效调控外源DREB/CBF基因表达,目前除了rd29A基因启动子控制DREB/CBF基因外,缺乏更多的探索。

DREB/CBF转录因子所介导的基因表达调控网络在植物抵御各种环境胁迫的应答中具有重要功能,在感知胁迫信号到胁迫应答基因表达的整个信号传导网络中,各种转录因子和顺式元件间的相互作用构成了基因表达调控的基础。植物对胁迫应答的反应是由多基因协同控制的。利用生物技术改良农林作物的抗逆性,针对性强,效率高。在抗逆分子育种中,与导入或改良个别功能基因来提高某种抗性的方法相比,导入或改良一个转录因子是提高植物抗逆性更为有效的方法和途径。鉴于DREB/CBF 转录因子在植物抗逆中的特殊地位,相信在不远的将来,随着对其在植物抗逆中分子机制的深入研究,

DREB/CBF转录因子在培育抗逆植物新品种方面会取得新的重要进展,将有巨大的应用前景。

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(责任编辑 徐 红)

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果树耐盐性研究进展

果树耐盐性研究进展 摘要:果树在长期的进化过程中,形成了丰富的遗传多样性,存在大量特异的 资源,蕴藏着珍贵的特有基因。加强对这些资源遗传多样性研究,挖掘有价值基因,阐明果树耐盐蛋白的功能及调控机制在科学研究上具有重要的意义。植物耐 盐性是一个受多基因控制的数量性状,克隆耐盐相关基因,通过遗传工程手段提 高果树的抗盐性,培育耐盐碱果树品种还有待进一步的努力。 关键词:果树;耐盐性;研究;进展 1 果树耐盐机制 1.1 渗透调节 盐胁迫下,果树的渗透调节主要通过积累无机离子和小分子有机物质实现的,特别是轻度和中度盐胁迫条件下主要由渗透调节作出响应,从而降低根际区土壤 水势。对积累无机离子获得渗透调节的果树来讲,排盐越有效,其主动渗透调节 的能力越差。参与果树渗透调节的无机离子主要有Na+、K+和Cl-,但这几种离子 在不同的果树中是不同的。有些果树选择K+而排除Na+,有些果树选择Na+而排 除K+。虽然盐胁迫可引起Cl-含量的增加,但有人认为Cl-是作为平衡Na+或K+电 荷的物质被动进入细胞内,对植物的渗透调节作用不大。果树体内积累更多的无 机离子将影响果实的品质,有机物质的积累显得更为重要。在果树中发现有多种 相溶性有机物质,如含N化合物(脯氨酸、甜菜碱、氨基酸、多胺)和糖类及其 衍生化合物等。这些相溶性物质可以维持细胞膨压,而且能稳定细胞中酶分子的 活性构象,保护酶免受盐离子的直接伤害,以及能量和N的利用库。 1.2 离子的选择 吸收盐土植物和淡土植物根系细胞质都不能忍受高浓度的盐,因此在盐条件 下这些植物或者是限制过多的盐进入(即拒盐),或者是把Na+离子分配到各个 不同组织中从而便利代谢功能(即分配原理)。限制过多的Na+进入到根系细胞 或者木质部的一种途径是维持一个最佳的细胞质K+/Na+比值。一般地,在轻度或 中度盐害条件下,拒盐是十分有效的,但是高盐条件下盐土植物通过分配原理抵 抗盐胁迫。拒盐是相对的,无论是耐盐还是盐敏感的果树,细胞内都含有一定浓 度的Na+。与植物拒盐性非常相关的是果树对离子的选择吸收。由Na+引起的K+ 吸收减少是众所周知的竞争过程。较高的K+/Na+选择性与柑橘的耐盐性有关。除 了离子的选择还可对离子比进行选择运输。盐胁迫下耐盐的油橄榄品种具有较高 的K+/Na+比,梢K+/Na+高于根K+/Na+。 1.3 离子区域化 盐胁迫下,果树吸收Na+、Cl-等离子必须累积于液泡中,否则会干扰细胞质 及叶绿体等细胞器中的生理生化代谢。盐分积累于液泡中是维持细胞质中高 K+/Na+的最有效机理之一。一个盐敏感的大麦品种细胞质中Na+离子水平是耐盐 品种的10倍。中度盐胁迫条件下,一些植物似乎对主要的离子(如K+、Ca2+、Mg2+和NO-3)产生选择性,将其分配到幼叶;在重度盐胁迫条件下,对NO-3没有吸收。盐离子区域化依赖离子的跨膜运输。 2 果树对盐胁迫的生理应答 2.1 细胞膜透性 膜系统是植物盐害的主要部位,细胞膜是感受逆境胁迫最敏感的部位之一。 葡萄、枣和苹果叶片的细胞膜透性均随NaCl胁迫浓度的升高而增大。发现水杨酸可以降低NaCl胁迫下阿月浑子叶片的电解质渗漏率,降低相对含水量以减轻盐害。

博士论文 涝害胁迫研究进展

中国农业大学博士学位论文第一章植物的涝害胁迫及其适应帆制研究i挂胜 文献综述 第一章植物的涝害胁迫及其适应机制研究进展 土壤中存在的水分超过田问持水量而对植物产生的伤害称为涝害。涝害是世界上许多国家的重火灾害,根据联合国粮农组织(FAO)的报告和国际土壤协会绘制的世界土壤图估算.世界上水分过多的土壤约占12%。我国也是涝害严重的国家。黄淮海平原、长江中下游、东南沿海、松花江和辽河中下游等地是主要的产粮基地.同时也是洪涝灾害发生较多的地区,尤以黄 淮海平原和睦江中下游最为严重,占全国受灾面积的3/4以上(刘祖祺,1994)。根据国家统计 局、中国气象局、国家防汛抗旱总指挥部办公室共同核定.2000年全国农作物受涝面积732.3 万公顷.其中成灾432.1万公顷.绝收132.4万公顷.造成的经济损失仅次子旱灾。因此,了解 植物对水涝胁迫响应的分子机理,从而合理地选择和定向培育耐涝性品种,对于我国的农业生 产具有重要的理论和现实意义。本文将就目前本研究领域的进展作一概述。 1.涝害胁迫和植物反应 涝害对植物的危害主要原因不在于水自身,而是由于水诱导的次生胁迫而造成的。涝害排除了十壤孔隙中的气体,减少了植物组织与大气问的气体交换(因为气体,特别是氧气,在水中比在空气中的扩散速率降低了10,000倍)(Armstrong。1979),这导致根部区域形成缺氧或厌氧环境,这是涝害各种反应中的主要决定因子。由于土壤中的氧气迅速亏缺,引起十壤和厌氧微生物产生了许多对植物有害的物质,如硫化物、二氧化碳、酸、醛、酮等,这些化合物将随着淹水的不同程度影响着植物的正常生长和发育。另外,在植物体内由于淹水缺氧,导致根部厌氧代谢,发酵产生的乙醇、乙醛等物质对细胞具有毒性,对蛋白质结构造成破坏(Pemta,1992):乳酸发酵产生的乳酸及液泡H+外渗等原因会导致细胞质酸中毒(Roberts,1985):发酵还会使线粒体结构破坏,细胞能荷F降,细胞中氧自由基增加,保护酶活性下降,质膜透性剧增,导致细胞严重的厌氧伤害(Fan,1988:Robers,1992:Sachs,1986)。植物对涝害会作出一系列反应,最早的反应之一就是气孔的关闭,虽然在一定时间内,甚至在较长时间内淹水并不引起植株叶片水分亏缺,有时还会提高叶片的水势.但仍会很快引起气孔关闭,叶片气孔阻力增加。由于气孔关闭,导致受涝植物光合作用迅速下降.光合作用下降的后期又相继地与羧化酶受抑制、失绿、叶子衰老和脱落有关。同时碳水化台物的运输速率下降。此外,淹水还会使植物表现出矿质元素吸收的变化,激素含量和平衡的改变,晟后导致生氏的抑制,直至死亡(姜华武,1999;王文泉,2001:卓仁英,2001)。 2.涝害胁迫下植物代谢途径的改变 植物受涝时,由于根部区域缺氧不能进行正常的有氧代谢,而为了维持正常的或至少是最低的生命活动,能量的供应也是必不可少的。因此在厌氧条件F,细胞能量的供应主要依赖于 无氧发酵途径产生ATP。在受涝时.主要有三种活跃的发酵途径:乙醇发酵途径、乳酸发酵途 径平【1植物特有的丙氨酸发酵途径(由谷氨酸飘I丙酮酸通过丙氨酸氪基转移酶产生丙氩酸的过程,__中国农业大学博士学位论文第一章植物的涝害胁迫及其适应机制研究进展 幽1一1)。动物中只有乳酸发酵途径。乙醇和乳酸发酵途径广泛存在于兼性厌氧细菌和酵母中。 庚氧诱导的不键庚氯诱导的

植物对盐胁迫的反应

植物对盐胁迫的反应 植物对盐胁迫的反应及其抗盐机理研究进展 杨晓慧1,2,蒋卫杰1*,魏珉2,余宏军1 (1.中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京100081;2.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018) REVIEW ON PLANT RESPONSE AND RESISTANCE MECHANISM TO SALT STRESS YANG Xiao-hui1,2,JIANG Wei-jie1*,WEI Min2,YU Hong-jun1( 1.Institute of Vegetables and Flowers,Chinese Academy of Agricultural Science,Beijing100081,China;2.College of Horticulture Science and Engineering,Shandong Agriculture University,Taian 271018,China) Key words:Iron stress,Osmotic stress,Salt resistant mechanism,Plant 摘要:本文从植物形态发育、质膜透性、光合和呼吸作用以及能量代谢等方面概述了盐胁迫下植物的生理生化反应,分析了盐害条件下离子胁迫和渗透胁迫作用机理以及植物的耐盐机制:植物小分子物质的积累、离子摄入和区域化、基因表达和大分子蛋白质的合成等,并简要综述了植物抗盐的分子生物学研究进展。 关键词:离子胁迫;渗透胁迫;耐盐机制;植物 中图分类号:S601文献标识码:A文章编号:1000-2324(2006)

植物水涝胁迫研究进展

植物水涝胁迫研究进展 摘要:本文概述了植物水涝胁迫的国外研究现状及进展,介绍了水涝胁迫对植物的主要危害,阐述了植物对耐涝的适应性机理,提出并讨论了在植物耐涝方面有待进一步探讨和研究的问题,以期为该领域的研究提供一定的参考。 关键词:水涝胁迫适应性机理研究进展 按照Levitt的分类,水分胁迫包括干旱胁迫(水分亏缺)和水涝胁迫(洪涝)。水涝胁迫对植物产生的伤害称为涝害。涝害是世界上许多国家的重大灾害。随着全球环境的不断恶化,生态系统严重破坏,全球气候异常加剧,雨量分布极不均衡,局部地区水灾不断,土壤淹水现象更是极为常见,世界各国都非常重视防涝抗洪、水土保持等问题的研究。我国也是一个洪涝灾害比较严重的国家,大约有2/3国土面积存在不同程度的涝害,危害极大。认识植物对水涝胁迫响应的机理,揭示其适应机制,从而合理地选择和定向培育耐涝性品种,减轻淹水对农业生产的危害,对于我国的农业生产具有重要的理论和现实意义。 一、水涝胁迫对植物的危害 植物对水的需有一定限度的,水分过多或过少,同样对植物不利,水分亏缺产生旱害,抑制植物生长;土壤水分过多产生涝害,植物生长不好,甚至烂根死苗[1]。涝害会影响植物的生长发育,尤其是旱生植物在水涝情况下其形态、生理都会受到严重影响,大部分维管植物在淹水环境中均表现出明显的伤害,甚至死亡。但涝害对植物的危害主要原因不在于水自身,而是由于水分过多所诱导的次生胁迫而造成的。 1.水涝胁迫对植物细胞膜的影响 当植物处于水涝状态时,细胞自由基的产生与清除之间的平衡遭到破坏,造成自由基的积累从而破坏膜的选择透性。晏斌等研究后认为,在涝渍胁迫下玉米体正常的活性氧代平衡破坏,首先是SOD活性受抑制,导致O2-增生。故认为叶片的涝渍伤害可能主要是过量O2-积累产生MDA,引起蛋白质、核酸分子发生交联反应和变性、破坏膜和生物大分子物质,加快

植物耐盐性研究进展3

第5卷第3期北华大学学报(自然科学版)Vol.5No.3 2004年6月JOURNAL OF BEIHUA UN IV ERSIT Y(Natural Science)J un.2004 文章编号:100924822(2004)0320257207 植物耐盐性研究进展 于海武1,李 莹2 (1.北京林业大学生物科学与技术学院,北京 100083;2.北华大学林学院,吉林吉林 132013) 摘要:综述了植物的耐盐机理和植物耐盐育种的研究情况,讨论了耐盐基因工程研究中存在的一些问题,并重点对现有植物的耐盐性筛选和抗渗透胁迫基因工程中的诱导渗透调节剂合成做了论述. 关键词:耐盐性;耐盐机理;基因工程;渗透调节剂 中图分类号:S332.6 文献标识码:A  盐碱土是陆地上分布广泛的一种土壤类型,约占陆地总面积的25%.在我国,从滨海到内陆,从低地到高原都分布着不同类型的盐碱土壤[1],我国盐碱土的总面积约有3000多万hm2,其中已开垦的有600多万hm2,还有2000多万hm2盐荒地等待开垦利用[1].此外,全国约有600多万hm2,约占耕地总面积10%的次生盐渍化土壤.盐碱土主要分布在平原地区,地形平坦,土层深厚,一般都有较丰富的地下水源,对发展农业生产,尤其对于实现农业机械化、水利化极为有利,是一类潜力很大的土壤资源.目前,人们主要通过2种方式来利用盐碱地:1是通过合理的排灌、淡水洗涤、施用化学改良药剂来改造土壤[2],为植物创造有利的生长环境.实践证明,这种方法成本高,效果也不理想;2是选育和培育耐盐植物品种来适应盐渍环境并最终达到改善环境的目的,此方法更加具有应用前景. 1 植物的耐盐机理 植物耐盐性差别很大.根据植物耐盐能力的不同,可将植物分成非盐生和盐生植物2类.赵可夫等又将盐生植物分为3类:真盐生植物、泌盐盐生植物和假盐生植物[1].目前大部分的耐盐性研究工作都是以真盐生植物为基础开展的,所以对它的耐盐机理也就研究得比较多.近年来,在筛选和培育耐盐细胞系、转移渗透调节剂合成基因、合理利用盐诱导基因等方面都开展了许多研究工作,并取得了一些成果.许多研究表明:植物要适应盐渍化的生境,必须具备克服盐离子毒害(离子胁迫)和抵抗低水势(渗透胁迫)的能力,否则就无法生存[3,4].马建华等认为:植物在高盐土壤中主要先受到水分胁迫,而后就是离子胁迫[5].所以在耐盐机理中人们对离子区隔化和渗透调节做了相对较多的研究. 1.1 离子区隔化 许多真盐生植物通过调节离子的吸收和区隔化来抵抗或减轻盐胁迫.在植物体内积累过多的盐离子就会给细胞内的酶类造成伤害,干扰细胞的正常代谢.研究表明,盐胁迫条件下,植物细胞中积累的大部分无机离子被运输并贮藏在液泡中,使得植物因为渗透势降低而吸收水分,同时,避免了过量的无机离子对代谢造成的伤害,这就是离子的区隔化.在耐盐植物和非耐盐植物中都存在离子区隔化,这说明离子区隔化可能是植物所普遍具有的能力[6].盐的区隔化作用主要是依赖位于膜上的“泵”实现离子跨膜运输完成的[7,8].这种运输系统需要A TP酶,A TP水解产生能量将H+“泵”到液泡膜外,造成质子电化学梯度,驱动钠离子的跨膜运输,从而实现盐离子的区隔化.Na+积累于液泡维持了细胞质中较低的Na+/K+比例也是植物耐盐的特点之一[9]. 收稿日期:2003212204 基金项目:国家“973”计划项目(G1999016005) 作者简介:于海武(1977-),男,在读硕士,主要从事杨树抗逆性育种研究.

PSAG12-ipt基因转化植株研究进展

PSAG12-ipt基因转化植株研究进展 张根良1,2 王文泉2 (1华南热带农业大学农学院, 儋州571737;2中国热带农业科学院热带生物技术研究所, 海 口571101) 摘要: 叶片衰老是一种程序性死亡过程; ipt ( isopentenyl transferas ) 基因转化植株, 可以催化调控内源细胞分裂素合成, 延缓转化株叶片衰老。SAG12 基因启动子能够控制ipt 基因在植株下部衰老叶片中表达。介绍了ipt 基因和SAG12 基因启动子的来源和应用, 以及PSAG12-ipt基因的产生和转化植株在国内的研究概况。 关键词: SAG12 ipt 细胞分裂素叶片衰老叶片衰老是一种典型的细胞程序性死亡, 它表现在叶绿素、脂类、蛋白质和RNA 的减少, 有助于提高植物的适应性; 它可以作为作物选择的一个重要指标来增加作物的遗传改良潜力。目前, 对于叶片衰老的机制已经在生理生化、分子水平得到一定的阐明, 获得了一些与衰老有关的基因。并且发现在衰老进程中, 植物激素, 包括生长素、赤霉素、乙烯、脱落酸和细胞分裂素起着非常重要的作用。其中, 细胞分裂素作为植物衰老过程中的一个关键因子得到了广泛的关注。已有研究通过转化ipt 基因增加植物内源的细胞分裂素, 可以延缓植物叶片的衰老, 增强植物对非生物逆境的抗性。ipt 基因来源于土壤农杆菌( Agrobacterium tumefaciens) 的Ti 质粒, 编码一种异戊烯基转移酶, 催化和调控细胞分裂素的合成。Medford( 1989) 等[1]利用ipt 基因转化烟草和拟南芥, 用来源于玉米的hsp70 作为热诱导启动子,调控ipt 基因的表达, 受热激诱导后的转基因植物表现出叶片衰老的延迟, 细胞分裂素显著增加, 但没有诱导的转基因植物在细胞分裂素增加后, 出现了许多影响生长和发育的有害症状, 如侧芽的脱落, 茎杆和叶面积的减少, 根生长的停止等。Gan 和Amasino( 1995) [2]采用了一种全新的策略来转化ipt基因, 利用细胞分裂素的自调控来减缓转基因烟草叶片的衰老, 而不改变其它的表型性状; 转化的ipt基因处于高度特异的-与衰老相关启动子SAG12 的控制之下, 融合的PSAG12-ipt 基因只在衰老的底部成熟叶片中表达。简要介绍了ipt基因编码特性和SAG12 启动子在ipt 表达中的作用, 以及表达基因在转化植株中的应用。 1 叶片抗衰老基因ipt 的产生和作用 植物激素在植株生长和发育中具有重要的作用, 其中细胞分裂素参与了细胞分裂的调控、延缓衰老和促进侧芽的生长; 这使研究学者试图通过改变内源细胞分裂素含量来控制这些过程。但是植物本身的细胞分裂素合成相关基因并没有分离得到,使得根癌农杆菌中的ipt 基因得到了广泛的关注。1984 年Akiyoshi 等从根癌农杆菌中将编码异戊烯基转移酶( ipt)的基因分离了出来, 并阐明了异戊烯基转移酶是细胞分裂素生物合成步骤中的一个关键限速酶, 它促

植物盐胁迫及其抗性生理研究进展解读

植物盐胁迫及其抗性生理研究进展 李艺华1罗丽2 (1、漳州华安县科技局华安 363800 2、福建农林大学园艺学院福州 350002 摘要:盐胁迫是制约农作物产量的主要逆境因素之一。本文综合了几年来植物盐胁迫研究的报道,对盐胁迫下植物生理生化和生长发育变化、植物自身生理系统的响应以及增强植物抗盐胁迫的方法进行综述和讨论。 关键词:植物抗盐胁迫生理 中图分类号:Q945.7 文献标识码:A 文章编号:1006—2327—(200603—0046—04 盐胁迫是目前制约农作物产量的主要逆境因素之一[1],既有渗透胁迫又有离子胁迫[2]。随着土壤盐渍化面积的扩展,许多非盐生植物因受盐胁迫而导致产量和品质的快速下降,已成为中国西北部和沿海地区迫切解决的难题。迄今,植物盐胁迫这方面有较多的研究报道,多数侧重于某一植物或是植物某一生长阶段耐盐胁迫性与抗盐胁迫性的研究,缺少对植物抗盐胁迫有一个较为系统的综合阐述。鉴于植物抗盐胁迫的研究面的广泛性和分散性,本文综合了几年来抗盐胁迫研究报道,对植物抗盐胁迫的生理机制做一个综合阐述,为阐明植物对盐胁迫的反应机制提供一个较系统的理论依据。 1 盐胁迫对植物生理生化和生长发育的影响 盐胁迫对植物生理生化的影响可分为三方面:离子毒害、渗透胁迫和营养亏缺。离子毒害作用包括过量的有毒离子钠和氯对细胞膜系统的伤害,导致细胞膜透性的增大,电解质的外渗以及由此而引起的细胞代谢失调;渗透胁迫是由于根系环境中盐分浓度的提高、水势下降而引起的植物吸水困难;营养亏缺则是由于根系吸收过程中高浓度Na和Cl 离子存在,干扰了植物对营养元素K、Ca和N的吸收,造成植物体内营养元素的缺乏,影响植物生长发育[1]。大量试验结果表明,盐胁迫不同程度地影响植物的光合作用、呼吸作用和渗透作用,影响植物的同、异化功能[3],当盐

盐碱土现状及植物耐盐性研究的意义

1 盐碱土现状及植物耐盐性研究的意义 盐碱土是民间对盐土和碱土的统称。土壤含盐量在0.1%-0.2%以上,或者土壤胶体吸附一定数量的交换性钠,碱化度在15%-20%以上,对作物的正常生长产生严重影响,这样的土属于盐碱土,盐碱土又称盐渍土。在亚洲、非洲和北美西部地区有不同程度的分布,是一种重要的土地资源。按照形成原因,盐碱土包括原生盐渍化土地和次生盐渍土。据不完全统计,全世界大约有9.5亿公顷盐碱地[1-2]。由于世界范围内环境问题日益加剧,未经处理的工业废水乱排,工业垃圾废料不规范的堆积,世界范围内乱砍滥伐普遍存在,原始森林和原始湿地破坏严重,全球气候日趋异常;在农业生产中,节水农业尚未普及,大水漫灌等浇灌方式依然流行,在许多发展中国家,为了增加片面增加土地的单位面积产量,不合理的使用化肥,诸多自然或人为因素,导致世界范围内的次生盐渍土地日益增多,农业的可持续发展受到严重抑制[3-6]。中国的盐碱地主要分布在华北、东北和西北的内陆干旱、半干旱地区,东部沿海的滨海地区也有分布。世界人口逐年增多,可供耕地则因人为的不合理利用以及自然灾害频发而日渐减少,人均可耕地面积更是呈直线下降。然而,与此同时,世界范围内大面积的盐碱地仍未得到有效的利用。对盐碱地的综合开发利用日益走入人们的视野,人们试图从农业、化学、生物等方向对盐碱土地进行开发利用。依据改良措施的不同,对于盐碱地的开发利用可以取得不同的效果。改良盐土可以通过排水、洗盐等措施,或用种植绿肥、施有机肥或种水稻等农作物对其盐进行改良。这些方法对盐碱土的改良虽然有一定的效果,但是效果不稳定,并且在实践应用中,大量的人力、物力以及财力的投入无形中极大增加了该项措施的成本[7]。这种方法治标却不能治本。通过引种盐土植物,培育新的耐盐品种,利用盐生植物对盐碱土壤的改良作用,这种方式称为生物措施。生物措施可以将盐碱土中的盐分、离子富集在植物体中,从而从根本上解决盐碱土上植物无法正常生长的现状,选择适当的经济作物,既可以获得可观的经济效益,还能绿化环境,获得生态效益。 由于盐渍化会降低作物的发芽率,普通作物在盐碱条件下难以生长存活,因此耐盐碱作物的引进及品种的培育,成为当前研究的热点[8]。种植植物可以增加盐碱地的植被覆盖面积,减少土壤水分蒸发,降低土壤盐分;另外利用某些植物

植物生物与非生物胁迫表型鉴定系统

植物生物与非生物胁迫表型鉴定系统 1 植物胁迫模拟台 1.1*每个系统可提供12-24个独立灌溉称重单元 1.2*4种灌溉自动模式可选:不灌溉,控制恒定值,预设添加等量水量,在一定值范围内 控制花盆重量 1.3标准重量范围:3-15 Kg,超过该重量范围,可定制 1.4*称量精度:0.02%(最大重量) 1.5*重量控制:每个花盆单独控制,灌溉喷头高度可调节 1.6*分辨率:原始分辨率0.001g 1.7*终端分辨率:0.1g 1.8显示:可图表显示蒸腾作用动力学变化 1.9渐进式智能灌溉:根据流速等实时计算加水量,控水量精度为≤1g 1.10*感光胶片尺寸:一卷长10 m,宽35 mm 1.11*单张时限:3天-3周 1.12*颜色:黄色、橙色、红色 1.13*最大吸收波长:468 nm 1.14*检测器:400 - 700nm,700 - 1150nm 1.15*数据:数据自动图表分析,分析结果直接图片格式导出。 1.16地下部扫描:不变形图像扫描 1.17主机光学分辨率:四档可选 1.18地下部测量:定位以及监测分析 1.19扫描角度:360度 1.20单次获取图像大小:不小于21.56cm×18.3cm 1.21*输出文件为CSV格式,数据包含:花盆重量、灌溉量、蒸腾速率;根长、直径、表 面积、体积,不同直径根长、表面积、体积等。根据图像估算根系总生物量;升级版额外可测:7波段上行光谱和下行光谱、上行长波和下行长波辐射、上行短波辐射和下行短波辐射、质子动力势(ECSt 、gH+、VH+) 1.22非接触叶片温度:±0.1 ℃(30 ℃到40 ℃之间) 1.23*开放的SSH协议可从外部网络访问数据 1.24可支持的操作系统:Windows、Mac OS等 1.25*存储容量:最大支持10000天的测量数据存储 1.26温度:4-40℃ 1.27相对湿度:40-80% 1.28防水等级IP65 1.29*可兼容其他气象站的接口 1.30可通过万维网远程控制 2 多光谱激光三维扫描传感器 2.1*测量参数:自动输出:植物高度、3D叶面积、叶片投影面积、数字生物量、叶片倾 斜度、叶面积指数、光穿透深度、叶片盖度、归一化植被指数、增强型植被指数、光

逆境胁迫对植物质膜透性的影响

逆境胁迫对植物质膜透性的影响(电导率法) 【实验目的】 1.学习电导仪法测定膜相对透性的方法。 2.理解逆境对植物膜透性的影响。 【实验原理】 植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常的代谢起着重要的作用。在正常情况下,细胞膜对物质具有选择透性能力。 当植物受到逆境影响时,如高温或低温,干旱、盐渍、病原菌侵染后,细胞膜遭到破坏,膜透性增大,从而使细胞内的电解质外渗,电导率增大。 膜透性增大的程度与逆境胁迫强度有关,也与植物抗逆性的强弱有关。 这样,比较不同作物或同一作物不同品种在相同胁迫温度下膜透性的增大程度,即可比较作物间或品种间的抗逆性强弱。 因此,电导法目前已成为作物抗性栽培、育种上鉴定植物抗逆性强弱的一个精确而实用的方法。 相对电导率根据公式计算得出:Relative ion leakage = (C1 - C0) / (C2 - C0) ×100%(注C0为双蒸水的电导率) 【实验材料及仪器】 材料:小麦幼苗:对照、100mM NaCl处理、100mM NaCl处理、5%PEG-6000处理、15%PEG-6000处理 仪器设备:电导仪、温箱、水浴锅 【实验步骤】 1.取0.1g对照和盐或PEG6000处理的小麦叶片,切成约1cm小段,每种处理做两个平行; 2.用双蒸水冲洗3 遍以除去表面粘附的电解质; 3.加10 ml双蒸水,25℃振荡温育1小时,期间经常摇动,测定此时的电导率为C1;

4.将盛有根的试管100℃煮沸15 min,冷却到室温后,测定此时的电导率为C2; 5.相对电导率根据公式计算得出:Relative ion leakage = (C1 - C0) / (C2 - C0) ×100%(注C0为双蒸水的电导率) 【数据记录及结果处理】 双蒸水的电导率C0=1.6 根据公式Relative ion leakage = (C1 - C0) / (C2 - C0) ×100%,计算各根尖的相对电导率 对照:①Relative ion leakage = 6.72% ②Relative ion leakage = 8.33%平均=7.53% 100mM NaCl处理:①Relative ion leakage = 13.16% ②Relative ion leakage = 10.22%平均=11.68% 200mM NaCl处理:①Relative ion leakage = 29.93% ②Relative ion leakage = 29.10%平均=29.51% 5%PEG-6000处理:①Relative ion leakage = 6.69% ②Relative ion leakage = 6.95%平均=6.82%

植物对盐胁迫的反应及其抗盐机理研究进展

山东农业大学学报(自然科学版),2006,37(2):302~305 Journa l of Shandong Agricu lt ura lUn i versity(Natura l Sc i ence) 文#献#综#述 植物对盐胁迫的反应及其抗盐机理研究进展 杨晓慧1,2,蒋卫杰1*,魏珉2,余宏军1 (1.中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京100081;2.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安271018) REV IE W ON PLANT RESPONSE AND RE SISTANCE M ECHAN IS M TO S ALT STRESS YANG X i a o-hu i1,2,JI A NG We i-jie1*,WE IM i n2,Y U H ong-jun1 (1.I n stitute ofV egetab l es and Flo wers,Ch inese A cade m y ofAgricu l tural Sci ence,Beijing100081,Ch i na; 2.Coll ege ofH orti cu lt u re Science and Engi n eeri ng,Shandong Agricu l tureU n i versit y,Ta i an271018,Ch i na) K ey words:Iron stress,Os motic stress,Salt resistantm echan i s m,Plant 摘要:本文从植物形态发育、质膜透性、光合和呼吸作用以及能量代谢等方面概述了盐胁迫下植物的生理生化反应,分析了盐害条件下离子胁迫和渗透胁迫作用机理以及植物的耐盐机制:植物小分子物质的积累、离子摄入和区域化、基因表达和大分子蛋白质的合成等,并简要综述了植物抗盐的分子生物学研究进展。 关键词:离子胁迫;渗透胁迫;耐盐机制;植物 中图分类号:S601文献标识码:A文章编号:1000-2324(2006)02-0302-04 1植物对盐胁迫的反应 1.1盐胁迫对植物形态发育的影响 盐胁迫对植物个体形态发育的整体表现为抑制组织和器官的生长,加速发育过程,缩短营养生长和开花期。P laut等(1985)研究发现,90mmol/L NaC l胁迫抑制甜菜块根的干物质积累,但低浓度NaC l可增加叶面积。Nunes(1984)认为这主要是细胞体积增加而不是细胞分裂的结果。盐分对佛手瓜的生长及腋芽的萌动均有抑制作用,幼苗的生长速度与中期细胞指数的变化具有一致性,说明盐分影响植物生长的途径是通过细胞的有丝分裂来完成的[2]。在NaC l胁迫(0.1%、0. 2%、0.3%、0.4%)条件下,马铃薯试管苗生长受到显著抑制,且随着盐浓度的增加,各处理间差异加大[3]。戴伟民等[4]研究发现,随盐浓度的增加,番茄幼苗的下胚轴粗度、侧根数逐渐减少,根干重逐渐降低。根据牟永花的研究,50、100mm ol/L NaC l使番茄株高和干物质积累均有不同程度的降低,但对根冠比无影响[5]。用25、50mmol/L NaC l处理黄瓜幼苗,发现植株株高、鲜重和干重均降低[6]。杨秀玲等[7]也发现,随着N aC l浓度(75、100、125、150mm ol/L)的增高,黄瓜幼苗地上和地下部鲜重以及根冠比(R/T)也均表现为下降。 1.2盐胁迫对植物生理生化代谢的影响 1.2.1水分平衡与质膜透性Levltt在1980年即指出,不同环境胁迫作用于植物时都会发生水胁迫。在盐胁迫下,植物细胞脱水,膜系统破坏,位于膜上的酶功能紊乱,各种代谢无序进行,导致质膜透性的改变。而且,高浓度NaC l可置换细胞膜结合的Ca2+,使膜结合Na+增加,膜结构和功能破坏,细胞内的K+、磷和有机溶质外渗。 1.2.2光合作用盐胁迫下,植物组织因缺水而引起气孔关闭,叶绿体受损,光合相关酶失活或变性,光合速率下降,同化产物合成减少。叶绿体是植物光合作用的主要场所,而类囊体膜是光能吸收、传递和转换的结构基础,植物进行光能吸收、传递和转换的各种色素蛋白复合体都分布在类囊体膜上。盐胁迫下,过量盐离子积累使类囊体膜糖脂含量显著下降,不饱和脂肪酸含量降低,而饱和脂肪酸含量升高,从而影响细胞膜的光合特性。叶绿素是类囊体膜上色素蛋白复合体的重要组成部分,所以盐胁迫下叶绿素含量的降低必将影响色素蛋白复合体的功能,使垛叠状态的类囊体膜比例减小,叶绿体中基粒数量和质量下降,光合强度降低[8]。 R ub isco(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶)和PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)羧化酶是光合作用的两种重要酶。盐胁迫下,收稿日期:2005-06-25 基金项目:基金项目:国家863项目(2004AA247030,2004AA247010);国家科技攻关项目(2004BA521B01);农业部蔬菜遗传与生理重点开放实验室项目. 作者简介:杨晓慧(1980-),女,硕士研究生,从事设施园艺与无土栽培. *通讯作者:Aut hor f or correspo ndence.E-m a i:l ji ang w@j m ai.l https://www.360docs.net/doc/d312932299.html,

逆境胁迫对植物生理生化代谢的影响

逆境胁迫对植物生理生化代谢的影响 20093391 魏晓明农学0901 摘要:对植物产生伤害的环境称为逆境,又称胁迫。常见的逆境有寒冷、干旱、高温、盐渍等。逆境会伤害植物,严重时会导致植物死亡。逆境对植物的伤害主要表现在细胞脱水、膜系统受破坏,酶活性受影响,从而导致细胞代谢紊乱。有些植物在长期的适应过程中形成了各种各样抵抗或适应逆境的本领,在生理上,以形成胁迫蛋白、增加渗透调节物质(如脯氨酸含量)、提高保护酶活性等方式提高细胞对各种逆境的抵抗能力。 关键词:逆境胁迫,抗逆性,相对电导率,脯氨酸,丙二醛,样品,细胞膜透性,过氧化物酶活性,叶绿素,可溶性糖。 前言:植物细胞膜起调节控制细胞内外物质交换的作用,它的选择透性是其最重要的功能之一。当植物遭受逆境伤害时,细胞膜受到不同程度的破坏,膜的透性增加,选择透性丧失,细胞内部分电解质外渗。膜结构破坏的程度与逆境的强度、持续的时间、作物品种的抗性等因素有关。因此,质膜透性的测定常可作为逆境伤害的一个生理指标,广泛应用在植物抗性生理研究中。 当质膜的选择透性被破坏时细胞内电解质外渗,其中包括盐类、有机酸等,这些物质进入环境介质中,如果环境介质是蒸馏水,那么这些物质的外渗会使蒸馏水的导电性增加,表现在电导

率的增加上。植物受伤害愈严重,外渗的物质越多,介质导电性也就越强,测得的电导率就越高(不同抗性品种就会显示出抗性上的差异)。 在植物胁迫处理过程中,叶绿素含量会下降,可以把叶绿素含量下降看作是胁迫发展中由功能性影响到器质性伤害的一个中间过程。 过氧化物酶是植物体内普遍存在的、活性较高的一种酶,他与呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有密切关系,在植物生长发育过程中,他的活性不断变化,因此测量这种酶,可以反映某一时期植物体内代谢的变化。 植物体内的碳素营养状况以及农产品的品质性状,常以糖含量作为重要指标。植物为了适应逆境条件,如干旱、低温,也会主动积累一些可溶性糖,降低渗透势和冰点,以适应外界环境条件的变化。 植物器官衰老时,或在逆境条件下,往往发生膜脂过氧化作用,丙二醛(MDA)是其产物之一,通常利用它作为脂质过氧化指标,表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱。 植物细胞膜对维持细胞的微环境和正常的代谢起着重要作用。在正常情况下,细胞膜对物质具有选择透性能力。当植物受到逆境影响时,如高温、干旱、盐渍、病原菌侵染后,细胞膜遭到破坏,膜透性增大,从而使细胞内的电解质外渗,以至于植物细胞侵提液的电导率增大。膜透性增大的程度与逆境胁迫强度有

植物非生物逆境胁迫DREBCBF转录因子的研究进展

第47卷第1期2011年1月 林 业 科 学 SCIENTIA SILVAE SINICAE Vol.47,No.1Jan.,2011 植物非生物逆境胁迫DREB /CBF 转录因子的研究进展 李科友1 朱海兰2 (1.西北农林科技大学生命科学学院 杨凌712100; 2.西北农林科技大学林学院 杨凌712100) 摘 要: 综述近十几年来,特别是近5年来国内外DREB /CBF 转录因子的研究进展,主要包括DREB /CBF 转录因子的结构特点,DREB /CBF 基因的克隆、表达调控及其在植物抗逆基因工程中的作用,以及DREB /CBF 转录因子研究中的问题与展望,旨在为植物抗逆育种提供理论依据。DREB /CBF 类转录因子即干旱应答元件结合蛋白质/C -重复序列结合子,是AP2/EREBP 转录因子家族的一个亚家族,拥有保守的AP2结构域,能够特异性地与抗逆基 因启动子区域的DRE /CRT 顺式作用元件相结合,在干旱、低温和高盐等条件下调节一系列下游逆境应答基因的表达,是植物逆境适应中的关键性调节因子。目前,已从拟南芥、欧洲油菜、水稻、玉米、小麦、陆地棉、大豆和番茄等几十种植物中分离并鉴定出调控干旱、高盐及低温耐性的DREB /CBF 基因,并利用这些基因得到抗逆性增强的拟南芥、欧洲油菜、番茄、小麦以及杨树等转基因植株。转基因结果表明,DREB /CBF 转录因子家族在植物抗逆品种改良中具有重要的应用价值。 关键词: DREB /CBF;转录因子;DRE /CRT 顺式作用元件;转基因植物;抗逆育种 中图分类号:S718.46;Q943.2 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2011)01-0124-11 收稿日期:2010-08-02;修回日期:2010-10-06。 Research Progress of DREB /CBF Transcription Factor in Response to Abiotic?Stresses in Plants Li Keyou 1 Zhu Hailan 2 (1.College of Life Sciences ,Northwest A &F University Yangling 712100; 2.College of Forestry ,Northwest A &F University Yangling 712100) Abstract : The research progress on DREB /CBF (Dehydration Responsive Element Binding Protein /C?repeat Binding Factor)transcription factors in last decades especially in recent five years is reviewed,mainly including the structural features of DREB /CBF transcription factors,the cloned DREB /CBF genes and their expression regulations,the application of DREB /CBF genes in gene engenieering for improving plant stress resistance,as well as the existing problems and the future prospective of DREB /CBF to provide reference for plant stress?resistant breeding.DREB /CBF transcription factor, with a typical AP2/EREBP DNA?binding domain,could specifically bind to the DRE /CRT (Dehydration Responsive Element /C?repeat)cis?acting element and activate a lot of the expression of stress inducible genes under dehydration,low temperature and saline conditions,and hence increase plants’tolerance to environmental stresses.According to the published literature in last decades,a vast number of DREB /CBF transcription factor genes have been isolated and characterized from a variety of plants such as Arabidopsis thaliana ,Brassica napus ,Oryza sativa ,Zea mays ,Triticum aestivum ,Gossypium hirsutum ,Glycine max and Lycopersicon esculentum .Over?expression of these DREB /CBF cDNAs in Arabidopsis thaliana ,Brassica napus ,Lycopersicon esculentum ,Triticum aestivum and Populus could greatly enhance stress tolerance of these transgenic plants,which indicated the importance of DREB /CBF transcription factors in plant stress?resistant breeding. Key words : DREB/CBF;transcription factor;DRE/CRT cis?acting element;transgenic plant;stress?resistant breeding 干旱、盐碱、低温等非生物逆境是影响植物生长 发育的主要因素,植物受到逆境胁迫时会产生形态、生理、基因表达等适应性调节反应以降低或消除危 害。转录因子(反式作用因子)基因是植物中最重要的一类调节基因,其在植物体内构成复杂的调节网络,在时间和空间上协同控制基因的表达。转录

逆境胁迫对植物生理生化指标的影响

本科学生综合性实验报告 学号姓名 学院专业、班级 实验课程名称植物生理学实验 教师及职称 开课学期2012 至2013 学年上学期 填报时间2012 年12 月15 日

云南师范大学教务处编印 逆境胁迫对植物生理生化指标的影响 作者: (,云南昆明650092) 摘要:对植物产生危害的环境称为逆境,又称胁迫。干旱是制约植物生长的主要逆境因素,以小麦幼苗在模拟干旱胁迫下,植株体内的生理生化指标会发生变化。实验采用PEG处理小麦幼苗,对抗氧化酶;脯氨酸;谷胱甘肽;过氧化氢;可溶性糖;丙二醛在植物体内的含量变化进行了研究,实验通过分光光度计分别在不同的波长中测出吸光率,间接计算出其含量,而通过对正常条件下的和逆境胁迫下一定量小麦体内以上各种物质含量的对比,从而了解小麦体内生理生化指标发生的变化。 关键词:小麦(Triticum aestivumLinn);干旱胁迫;生理生化 1 引言 干旱是自然界常见的逆境胁迫因素,而且干旱也是植物最容易受到的胁迫之一。干旱不仅制约植物的生长发育与产量,也会引起植被结构与功能的时空变化。因此植物对干旱胁迫的适应及机制一直是植物逆境适应策略研究的一个热点【1-3】作物抗旱性的研究方法有多种,适应能力进行了研究:植物对干旱胁迫的适应过程和受伤害程度与干旱胁迫的强度以及植物自身的抗性紧密联系,并从生化代

谢、生理功能、形态适应、生长发育以及生物生产力等多种形式表现出来【1-5】。土壤有效水分状况与植物之间的关系一直是植物生理生态学研究领域的热点问题。大多数植物在短期或轻度土壤缺水情况下叶片水势下降,气孔关闭。限制CO2 摄取和光合作用速率:长期严重干旱条件下可限制植物生长,引起形态结构发生变化。甚至导致植物死亡【6】。大多实验是在人工控制的干旱或人工模拟干旱条件下进行。其主要方法是室外盆栽控制水分,苗期室内水培或砂培采用PEG 渗透胁迫、人工控制的温室、气候室和培养箱等。其中,PEG渗透胁迫法简单易行、条件容易控制、重复性好、试验周期短。本试验采PEG溶液模拟干旱胁迫的方法,研究干旱胁迫对小麦幼苗发芽率、抗氧化酶、脯氨酸、谷胱甘肽、过氧化氢、可溶性糖、丙二醛等生理生化指标含量的变化,并初步探讨小麦的抗逆机理,期望能够应用于农业生产实践中,为干旱农业生产提供理论依据。 2、材料与方法 2.1、实验材料 小麦种子:购于西山种子公司,供实验备用。(适宜条件下,选购的小麦种子发芽率较高的,所选购的实验材料较理想的,有利于用作实验材 料。) 培养条件:室温,充足水分、充足阳光供给,PEG干旱处理。 用水:自来水。 2.2、种子生命力(发芽率)的快速测定 将待测种子在适宜水中浸种,以增强种胚的呼吸强度。使显色迅速。 2.3、其它实验种子处理一致如下; 小麦种子→用0.1% HgCl2消毒10 min后→用蒸馏水漂洗干净→用蒸馏水于26℃下吸涨12 h →播于垫有6层湿润滤纸的带盖白磁盘(24cm×

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