甘草响应干旱逆境茉莉酸水平时空分布特征及其发生机制研究

Vegetation restoration and reconstruction can effectively alleviate the ecological environment deterioration in arid regions. Lacking of drought resistant mechanism research on local native species is the main factor to constrain a high-quality resistance resources and cultivation measures establishing. This project take important plant resources Glycyrrhiza uralensis as materials in western arid regions, with drought resistance induced jasmonic acid level changes as the main line, drought stress triggers jasmonic acid level changes of temporal and spatial distribution and its control characteristics are studied. The content includes: through direct measurement and exogenous method, confirm jasmonic acid signal function; By using the method of immunology, positioning analyzed drought stress triggering jasmonic acid level changes of temporal and spatial distribution, and then from the biosynthetic pathway and transportation allocation method, determine the characteristics of jasmonic acid level changes of temporal and spatial distribution, and lock key steps; On this basis, further study upstream components associated with jasmonic acid level changes of temporal and spatial distribution and analyze its control characteristics. Through these studies will reveal the drought stress triggering jasmonic acid signal generation and transmission mechanism, preliminary outline the drought reaction of G. uralensis under jasmonic acid signal transduction pathway. The results will clarify the plant drought resistance mechanism, also provide the basis for the plant resistance through genetic engineering innovation resources, and improve plant drought resistance by cultivation way.

植被恢复与重建是缓解西部干旱地区生态环境恶化的有效途径。对当地乡土植物抗旱机理研究不足是制约优质抗旱资源挖掘和抗旱栽培措施建立的原因之一。本项目以西部干旱地区重要植物资源甘草为试材，以与抗旱性诱导相关的茉莉酸水平变化为主线，对干旱胁迫触发的茉莉酸时空分布变化特征及其调控机制进行研究。具体内容包括：通过直接测定和外源施加的方法，对茉莉酸信号功能进行确认；采用免疫学方法，对干旱胁迫触发的茉莉酸时空分布变化进行定位分析，进而从生物合成途径和重新运输分配途径入手，确定茉莉酸时空分布变化的运作特性，并锁定关键步骤；在此基础上，进一步开展与茉莉酸时空分布变化相关的上游组分及其调控特性分析。通过这些研究将揭示干旱胁迫触发茉莉酸信号产生与传递机制，初步勾勒出与茉莉酸诱导相关的甘草抗旱性反应形成途径。研究结果为阐明植物抗旱机理，也为最终通过基因工程创新抗旱种质资源以及通过栽培学途径提高植物抗旱性提供依据。

植被恢复与重建是缓解干旱、半干旱地区生态环境恶化的有效途径。加强干旱区乡土植物资源抗旱理论研究，对阐明植物抗旱机理，以及在实践中发掘与创新抗旱资源，建立有效的抗旱节水栽培措施具有重要意义。本项目以我国西部地区广泛分布的优质抗旱资源乌拉尔甘草为试材，运用免疫生物学和药理学方法，开展干旱胁迫触发茉莉酸信号产生与传递特性研究。主要研究结果包括 ：（1）甘草植株具有对干旱胁迫主动响应并形成多重防御反应的能力，表现为通过气孔数量和开度调节气孔导度、促进叶上下表皮腺体结构发育、促进根系淀粉降解、促进叶片可溶性糖、游离脯氨酸积累、增强抗氧化酶类活性；干旱胁迫诱导甘草根叶组织内源茉莉酸积累，呈典型信号分子变化特征；外施茉莉酸（10-50µmol/L）能有效诱导根、叶组织抗旱性反应形成。表明茉莉酸在干旱胁迫诱导甘草抗旱性反应形成中发挥信号分子功能。（2）采用胶体金免疫定位技术观察到茉莉酸在甘草叶肉细胞、维管组织韧皮部以及根皮层薄壁细胞、根中柱韧皮部普遍存在；干旱胁迫下代表茉莉酸信号的金颗粒在甘草根、叶组织中积累；伴随根皮层薄壁细胞金颗粒数量增加，在中柱韧皮部和叶片维管组织韧皮部金颗粒数量也明显增加。干旱胁迫同时激活茉莉酸合成关键酶脂氧合酶和丙二烯氧化物合成酶活性，但二者酶活性早期增幅略小于茉莉酸含量增加，认为从头合成和韧皮部重新运输分配可能是早期茉莉酸含量增加的重要来源。（3）干旱胁迫和外源茉莉酸均能触发活性氧积累；外施H2O2能诱导甘草叶片游离脯氨酸积累；清除H2O2，干旱胁迫和茉莉酸诱导的游离脯氨酸积累被部分抑制，认为H2O2可能作为中间信使介导茉莉酸诱导甘草抗旱反应形成。以上研究结果为阐明干旱胁迫触发茉莉酸信号产生、传递和作用的细胞学机制提供重要依据，在此基础上进一步开展应用研究，为通过遗传学手段创新抗旱种质以及利用化控技术提高植物抗旱性提供直接的策略和方法。