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土壤是人类在生存和发展中不可或缺的不可再生资源,为农业生产提供基础条件。由于人类不合理的耕作方式导致土壤严重退化,土壤碱化是土壤能力退化的重要体现之一。大量研究结果显示碱性的生长环境会抑制植物根系的生长,具体的作用机制也一直很早以前就获得了人们的广泛关注,并围绕这一主题展开了大量的研究。但是关于弱碱性和中性环境对植物生长的影响的研究较少。我们选取双子叶植物拟南芥,在不同pH生长条件下对拟南芥根系构型进行了初步探索。我们发现与对照条件（pH 5.8）相比,中性和弱碱性的生长条件（pH 7.0-pH 8.0）会促进拟南芥根系生长,表现为主根（primary root,PR）伸长,侧根（lateral root,LR）增多。随后在弱碱性环境（pH 7.5）下测定拟南芥根系的侧根发生位点（prebranch site）数目、侧根原基、生长素积累、根尖分生组织变化、细胞周期蛋白表达、振荡区信号频率变化;测定PLT（PLETHORA）突变体拟南芥的根系构型变化;测定生长素相关突变体的根系构型、侧根原基、侧根发生位点和生长素运输载体蛋白表达等方面来探究弱碱环境促进拟南芥根系生长的机制。我们发现弱碱性环境通过促进生长素极性运输和影响生长素信号途径促进拟南芥根系生长。获得的主要研究结果如下:1.弱碱性环境促进拟南芥主根伸长和侧根发生。弱碱性条件可能上调生长素信号进而诱导细胞周期活性和细胞分裂促进主根伸长;弱碱性环境通过诱导拟南芥根系中的生长素信号,加快根系生物钟发生频率,从而促进侧根形成位点的形成,最终使侧根数目增加。2.PLT是调节拟南芥原根伸长和侧根形成的关键转录因子。PLT1和PLT2可以编码AP2（APETALA2）蛋白,调控根尖干细胞的形成。我们发现在弱碱环境下,拟南芥PLT突变体plt1-4、plt2-2、plt1-4plt2-2的主根长度和侧根数目相比对照条件（pH 5.8）下的显著增加,说明弱碱环境促进拟南芥主根伸长和侧根增多不依赖PLTs介导的信号通路。3.生长素是根系生长的核心调控因子。与对照条件（pH 5.8）相比,在弱碱性条件下的拟南芥幼苗根系明显积累了更多的生长素。TIR1（TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1）,AFB2（AUXIN-BINDING F-BOX PROTEIN 2）和SHY2（SHORTHYPOCOTYL2）是生长素信号通路中的生长素受体,ARF7（AUXIN RESPONSE FACTORS 7）和ARF19是生长素响应因子。突变体tir1afb2、arf7arf19和pCASP1:shy2-2在生长素信号通路中存在缺陷。我们发现在突变体tir1afb2、arf7arf19和pCASP1:shy2-2中,弱碱性环境对侧根发生的促进作用被完全抑制了。弱碱性环境对主根伸长的促进作用在突变体tir1afb2和arf7arf19中没有受到影响,在突变体pCASP1:shy2-2中完全被抑制。并且弱碱性环境对侧根发生形成位点的促进作用在突变体arf7arf19中完全被抑制。这些结果表明弱碱环境通过影响生长素信号通路促进侧根发生;弱碱环境促进主根伸长与SHY2相关。4.IBR1(（INDOLE-3-BUTYRICACIDRESPONSE1）、IBR3、IBR10 和ECH2（Enoyl-CoA hydratase2）参与 IBA-to-IAA 的转换途径;YUCCA 在生长素合成IPA途径中扮演着非常重要的角色,负责将IPA转化为IAA。弱碱环境下的拟南芥生长素合成突变体ibr1ibr3ibr10、ech2ibr1ibr3ibr10和yuc1-D的主根长度和侧根数目相比较正常生长条件下显著增加,生长素合成突变不影响弱碱环境对拟南芥的主根长度和侧根数目的促进作用,说明弱碱环境促进拟南芥主根伸长和侧根增多不依赖生长素合成。5.AUXI（AUXIN-RESISTANT1）是生长素输入载体,PIN（PIN-FORMED）是生长素输出载体,PGP（ATP-BINDING CASSETTE GROUP B）是兼具输入和输出功能的生长素载体。生长素运输抑制剂（NPA（1-N-naphtylphtalamicacid）和 BUM（2-[4-（diethylamino）-2-hydroxybenzoyl]benzoic acid））抑制了弱碱环境下的拟南芥根系的生长,生长素极性运输受到抑制后,影响了弱碱环境对拟南芥主根伸长和侧根发生的促进作用,说明弱碱环境对根系生长的促进与生长素运输相关。弱碱性环境对侧根发生的促进作用在突变体pin2pgp1pgp19和pin2pin3pin7中被完全抑制;弱碱性环境对主根伸长的促进作用在pin2pin3pin7中被完全抑制,在pin2pgp1pgp19中被部分抑制,说明生长素外排载体参与弱碱性环境对根系生长的调控。弱碱环境促进根尖PGP1:PGP1-GFP、PGP19:PGP19-GFP、PIN2:PIN2-GFP蛋白积累,说明生长素极性运输介导弱碱性对主根生长和侧根发生的调控。综上所述,弱碱环境通过影响生长素运输,促进根尖分生区生长素积累,诱导细胞周期基因表达增加,增强分生组织的细胞分裂活性,促进主根伸长;同时生长素积累加快根系生物钟发生频率,促进侧根形成。弱碱环境通过影响生长素信号通路,介导生长素下游基因的表达,调控根系生长。本研究为探究弱碱环境对植物根系生长机制的影响奠定了一定的理论基础。