【摘 要】
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燕麦是世界上广泛种植的一年生禾本科牧草,具有较强的适应能力、草产量高及营养价值高等特点。研究燕麦对盐胁迫的生理及分子响应,将有助于揭示燕麦适应盐胁迫的机理,为进一步研究燕麦的耐盐机制提供理论依据。基于此,本研究以青永久195(耐盐材料)和709(盐敏感材料)为试验材料,采用营养液沙培法,对3周龄燕麦幼苗在0.9%NaCl下处理0 h(CK)、6 h、24 h和72 h,比较分析了不同胁迫时间内燕麦
【基金项目】
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国家燕麦荞麦产业技术体系(CARS-07-C); 甘肃省科技重大专项计划(19ZD2NA002); 甘肃农业大学学科建设专项基金(GAU-XKJS-2018-010); 青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室开放课题(2020-ZJ-Y03);
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燕麦是世界上广泛种植的一年生禾本科牧草,具有较强的适应能力、草产量高及营养价值高等特点。研究燕麦对盐胁迫的生理及分子响应,将有助于揭示燕麦适应盐胁迫的机理,为进一步研究燕麦的耐盐机制提供理论依据。基于此,本研究以青永久195(耐盐材料)和709(盐敏感材料)为试验材料,采用营养液沙培法,对3周龄燕麦幼苗在0.9%NaCl下处理0 h(CK)、6 h、24 h和72 h,比较分析了不同胁迫时间内燕麦光合参数、抗氧化酶活性和渗透调节物质等方面的变化,并通过转录组测序,分析了燕麦响应盐胁迫的分子机制,鉴定出参与响应盐胁迫的关键候选基因,从生理及分子水平上分析了燕麦的耐盐机制。获得的主要研究结果如下:(1)0.9%NaCl处理3周龄耐盐材料青永久195和盐敏感材料709的幼苗0 h(CK)、6 h、24 h和72 h后,研究光合参数、抗氧化酶活性(POD、SOD和CAT)、丙二醛(MDA)含量和渗透调节物质含量等的变化。结果表明,随盐胁迫时间的延长,燕麦幼苗叶片的叶绿素含量、Pn、Tr、Gs、Ci和K+含量均下降;POD、SOD、脯氨酸和可溶性糖含量呈先升高后降低的趋势,CAT、MDA和Na+含量均增加。其中耐盐材料青永久195在盐胁迫下的叶绿素含量、Pn、Tr、Gs、Ci下降幅度小于盐敏感材料709;抗氧化酶活性、脯氨酸含量、可溶性糖含量及K+含量均高于709,MDA含量和Na+含量低于709。(2)将青永久195和709的3周龄幼苗用0.9%NaCl处理0h(CK)、6 h、24 h和72 h,取样进行转录组测序分析,在两材料叶片中分别鉴定出9870个DEGs(4268个上调,5602个下调)和9978个DEGs(2724个上调,7754个下调),相同时间两个材料间共有6616个DEGs(4265个上调,2351个下调),这些基因主要参与了细胞过程、代谢过程、生物调节、响应刺激、催化活性和转运蛋白活性等过程。仅在青永久195中显著富集的通路有光合作用、光合生物中的碳固定、卟啉与叶绿素代谢以及精氨酸和脯氨酸代谢、精氨酸生物合成。(3)与709相比,青永久195中ATP合酶、碳固定、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽S转移酶(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)途径和过氧化氢酶(CAT)相关的DEGs均上调表达,从两材料共有的DEGs中筛选得到2个光合相关基因(Unigene25470_All和CL2455.Contig15_All)和3个抗氧化酶基因(CL17382.Contig10_All、CL4965.Contig4_All和Unigene37715_All);在与Na+/K+转运相关的基因分析中发现8个Na+/K+转运基因,其中NHX和HKT在青永久195中显著上调。(4)采用不同浓度NaCl、KCl以及K+、Na+互作等处理研究其对燕麦离子含量和HKT表达模式的影响。结果表明,盐胁迫下燕麦根系Na+/K+高于叶片,在0-200 m M NaCl、5-10 m M KCl以及150 m M NaCl与5 m M KCl互作下,耐盐材料青永久195中的Na+/K+显著低于盐敏感材料709;盐胁迫显著诱导了HKT在燕麦叶片中的表达,其中在150 m M NaCl与0.1 m M KCl互作下,HKT在青永久195中表达量高于709。综上所述,青永久195盐胁迫后在生理水平上表现出较好的渗透调节能力、维持较高的抗氧化酶活性和生物膜稳定性;分子水平上,青永久195通过高亲和性K+转运蛋白(HKT)限制Na+向地上部运输、维持较低的Na+/K+以提高其耐盐能力。
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