氮胁迫对甜菜幼苗生理以及相关NRTs基因表达的影响

为了深入研究缺氮环境下甜菜(Beta vulgaris L.)的氮利用调控机制,并为利用分子育种以及基因工程途径提高植物的氮利用率奠定基础,本研究以甜菜幼苗‘780016B/12优’为试材,通过对其施加低氮和缺氮逆境胁迫,利用表型观察、叶绿素含量的测定以及相关基因和酶活性的应答变化分析,来研究甜菜植株在生理以及分子方面的应答机制。研究结果表明,甜菜叶片由于缺氮而表现出局部变黄,并且SPAD值显示,叶绿素含量随逆境时间呈下降趋势。qPCR表明,BvNRT2.1和BvNRT3.2基因均受到低氮和缺氮胁迫的诱导,且它们在根部的表达量要高于叶中,BvNRT2.1基因对逆境的应答更为显著。同时,随着胁迫时间的增长,甜菜体内的硝酸还原酶活性逐渐下降,但叶片中该酶的活性始终要高于根中。因此可以得出结论,低氮或缺氮逆境对甜菜幼苗的光合作用、硝酸还原酶活性造成了较为严重的影响,从而导致其生长在一定程度上受到抑制。可以推断,为了适应氮胁迫环境,甜菜自身可能通过上调硝酸盐转运蛋白基因的表达等途径来直接或间接的补偿由于环境氮缺乏或低氮造成的营养缺失,以抵御逆境伤害。

甜菜幼苗对干旱胁迫的适应机制

为了研究甜菜幼苗在干旱逆境耐受过程中的应答机制,本研究以‘780016B/12优’为目的材料,通过设置不同浓度(3%、6%,9%以及15%)的PEG6000干旱胁迫来处理甜菜幼苗,并进行恢复生长,来衡量不同干旱胁迫处理间甜菜的相关生理生化指标和目的基因的表达量变化。研究结果表明,逆境胁迫24 h后,随着干旱强度的增加,甜菜幼苗植株的皱缩和萎蔫程度也逐渐严重,并伴随着叶片相对含水量(3.48%~15.86%)以及叶绿素含量(5.60~13.06)的下降;而体内的丙二醛和脯氨酸却大量累积,其中以15%PEG增加的尤为明显,分别高达48.23μmol/L和201.37μmol/L左右。逆境恢复后,3%PEG处理的甜菜幼苗的相对含水量(96.94%)、丙二醛含量(17.22μmol/L)以及植株形态基本恢复到了正常水平;而高浓度PEG胁迫复性后,9%PEG处理的植株的相对含水量虽然恢复了8.48%左右,但丙二醛含量仍旧相对含量高达36.46μmol/L;而脯氨酸在各组处理中,一直维持在较高水平。qPCR分析表明,干旱胁迫诱导BvGS基因受到了不同程度的诱导表达,分别是处理前的3.85、4.45、5.81、8.20倍左右,即使恢复生长,植株中该基因的表达量虽然有所下降,但仍旧维持在较高水平。因此,可以推测,甜菜幼苗通过调整细胞水势、氧化还原水平、光合作用以及渗透代谢平衡来适应干旱胁迫所带来的失水和质膜过氧化等不良反应,并有可能通过谷胱甘肽的合成来解毒由干旱逆境所带来的氧化伤害。