植物不定根形成对逆境胁迫的响应及信号转导机制的研究

根系统对于植物开拓和适应环境、物质生产及作物产量等具有决定性作用，近年来，对植物根系统建成的研究成为植物学、生态学和作物栽培学等学科研究的热点。植物的根系统包括初生根、侧根和不定根，对侧根的发生及影响因素已进行了较深入的研究。不定根在起源上不同于侧根，但其发生过程与侧根相似。不定根的产生是植物营养繁殖的主要实现形式，但目前对于环境胁迫对植物不定根形成有何影响及植物的响应机制的研究还是空白，而开展该领域的研究对生产实践和生理生态学研究都具有重要的理论价值和实践意义。本项研究拟以不定根研究的模式植物黄瓜和绿豆为对象，采用逆境生理学的常规研究方法，结合现代信号转导研究的手段，对逆境胁迫(盐、渗透和重金属等)对不定根形成的影响、主要抗氧化系统的变化、外源信号物质(ABA、NO等)的作用和专一性阻断内源信号物质后的响应等内容进行系统研究，以期建立逆境胁迫下植物不定根形成的响应及信号转导的基本机制。

不定根的形成是植物营养繁殖的最重要机制之一，也是世界上园艺植物苗木商品化生产的最重要的途径之一。在土壤环境发生急剧改变条件下，作为植物繁殖方式的一种选择或对种子繁殖的补充，不定根的形成是植物对环境胁迫应答的重要繁殖策略。本研究的目的在于: (1)揭示非生物胁迫（盐、干旱和重金属胁迫）对植物不定根形成及不定根形成过程中抗氧化防御系统和IAA-氧化酶的影响; (2)外源信号分子IBA、ABA、NO和Ca2+在不定根形成中的作用及对不定根形成过程中抗氧化防御系统和IAA-氧化酶的影响; (3)有逆境胁迫下，IBA、ABA、NO和Ca2+在不定根形成中的作用及对不定根形成过程中抗氧化防御系统和IAA-氧化酶的影响; (4)不定根形成过程中的信号转导机制。本研究的主要结果如下：(1) 80 mM NaCl、150 mM Mannitol和5 μM CdCl2显著抑制不定根的形成，NaCl、Mannitol和 5 μM CdCl2导致不定根形成过程中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)，以及抗坏血酸(ASA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和多酚类化合物浓度的显著改变，表明抗氧化系统的改变是不定根形成过程对逆境胁迫的应答机制之一。(2) 外源单独使用IBA、Ca2+、ABA或 SNP (NO供体)都能促进不定根的形成和生长，IBA、Ca2+、ABA和 NO处理强烈诱导不定根形成过程中抗氧化酶、抗氧化剂和IAA氧化酶活性的改变，表明这些信号分子对不定根形成的促进作用与其调节细胞抗氧化系统的改变和IAA氧化酶有关。(3) 外源加入信号分子 IBA、Ca2+、ABA 或 SNP，能够减缓NaCl、Mannitol 或 CdCl2 对不定根形成的抑制，并且能抵消胁迫对抗氧化系统的影响，表明IBA、Ca2+、ABA 和 NO对逆境胁迫下不定根的影响至少部分是通过抗氧化系统的改变实现的。(4) 在绿豆幼苗不定根形成过程中，H2O2和NO信号途径是生长素下游两条平行信号途径, Ca2+信号是H2O2下游以及cGMP和MAPK下游成员，cGMP和MAPK为不定根形成所必需且为H2O2下游信号。完成了项目计划中的所有研究任务，达到了预期研究目标，取得了一系列理论成果，发表论文13篇，获2项科研成果奖，培养硕士研究生13名。