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本论文研究了模式植物拟南芥花色素苷合成缺失突变体(tt3,tt4和tt3tt4)及其野生型(WT)在500 mM NaCl胁迫下的生理响应。通过叶绿素荧光测定和O2-˙组织定位等方法,分析了拟南芥花色素苷合成缺失突变体及其野生型对高浓度盐胁迫的敏感性差异,并探讨了花色素苷在盐胁迫下的作用机制。另外,采用农杆菌侵染拟南芥花序的转化方法将花色素苷合成基因CHS转入拟南芥中获得了超表达纯合体植株,分析了超表达植株的耐盐性,进一步从分子水平证实了花色素苷能提高植株的耐盐能力。主要结果如下:
(1)与WT相比,盐胁迫下3种缺失花色素苷合成酶基因的突变体叶片的叶绿素荧光参数Fv/Fm、Yield、ETR、qP和NPQ下降较快,膜渗漏率升高。
(2)盐胁迫后拟南芥花色素苷合成缺失突变体及野生型叶片的花色素苷含量都明显增加,其中野生型增加的量显著高于突变体,但主要的有机渗透调节因子脯氨酸则无显著差异。
(3)利用NBT作O2-˙组织化学定位显示,盐胁迫6 d后叶片的蓝色甲潜(formazan)的染色面积增大,色度加深,表明盐胁迫导致叶片活性氧O2-˙积累,其积累程度为tt3tt4＞tt3/tt4＞WT。
(4)盐胁迫6 d后,双突变体tt3tt4叶片类黄酮及总酚含量高于WT与单突变体,差异极显著。WT的类黄酮含量无明显增加,而总酚含量显著升高。
(5)RT—PCR证实外源CHS基因已经整合到拟南芥基因组中,并在后代中稳定遗传,获得了3个稳定的转化系。CHS基因在拟南芥中的过量表达导致植株积累大量花色素苷,在正常培养条件下,转基因株系的花色素苷含量约为野生型的1.7～2.9倍,花色素苷含量与CHS基因在拟南芥中超表达的程度呈正相关,即株系CHS2/CHS3＞CHS1。在500 mM NaCl胁迫下,CHS三个超表达株系均表现出比WT更强的耐盐性。
本研究从分子水平证实了拟南芥中花色素苷积累可以提高植株的耐盐性,初步探讨了花色素苷的耐盐机制,即花色素苷可以作为渗透调节剂及抗氧化剂来增强植物的耐盐性。为农业生产中耐盐作物的筛选与培育提供了新的思路。