《呼吸代謝在植物應答和抵抗鹽脅迫中的作用機制研究》是依託蘭州大學，由畢玉蓉擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：呼吸代謝在植物應答和抵抗鹽脅迫中的作用機制研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：畢玉蓉
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
植物呼吸代謝的多樣性是植物在長期進化過程中對多變環境的適應性表現。研究表明在衰老、感病、受旱、受傷的植物組織中，戊糖磷酸途徑加強；抗氰交替途徑也與植物抗逆性、抗真菌和抗病毒病理有關。乙烯、H2O2、NO、cGMP等在植物抗逆性反應中均能起到信號分子的作用。但目前對於呼吸代謝在植物應答和抵抗鹽脅迫中的作用，特別是在調控逆境信號及應答相關蛋白基因表達中的作用與機理知之甚少。近來我們研究發現呼吸代謝中G6PDH、AOX和信號分子乙烯、H2O2、NO、cGMP等均在植物耐鹽性中起重要作用。本項目擬在前期工作基礎上，系統研究植物應答和抵抗鹽脅迫的信號(乙烯、H2O2、NO、cGMP等)傳導途徑，探討鹽脅迫下植物呼吸代謝和抗鹽信號傳導途徑與植物抗鹽性間相互關係及其與抗鹽相關應答蛋白基因表達調控的關係，進而提出呼吸代謝在植物抗鹽信號傳導及應答相關蛋白基因表達中的調控機制，為提高作物的抗鹽性提供理論基礎。
結題摘要
植物呼吸代謝的多樣性是其在進化過程中對多變環境的適應性表現。磷酸戊糖途徑是除糖酵解外葡萄糖的另一降解途徑，該途徑廣泛參與了植物生長發育調節和對逆境的回響；抗氰交替途徑也與植物的抗逆性有關。本項目以大豆、水稻、青稞為材料，探討了呼吸代謝在植物逆境（鹽、乾旱、重金屬）適應性中的作用與調節機理。主要研究結果顯示：(1) 磷酸戊糖途徑參與了水稻對鹽脅迫的耐受，H2O2在此過程中起信號調節作用；(2) 進一步研究發現，鹽脅迫下磷酸戊糖途徑的限速酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PDH ）在維持水稻懸浮細胞氧化還原平衡中具有雙重調控作用，G6PDH 和 NADPH 氧化酶作為互作體系共同維持著水稻懸浮細胞的氧化還原平衡；（3）乾旱脅迫下，提高的G6PDH水平穩定了大豆根中抗氧化小分子（GSH、Asc）的水平，參與了大豆對乾旱脅迫的耐受，在此過程中，H2O2信號參與了對抗壞血酸-谷胱甘肽循環中酶的活性調節；（4）AlCl3脅迫下，內源腐胺(Put)通過影響細胞壁多糖含量進而增加大豆根的Al毒性；（5）交替途徑參與了青稞對低氮脅迫的耐受。低氮脅迫導致葉綠體中還原力的大量積累，進而會導致活性氧累積和光抑制發生，降低光合效率。此時，蘋果酸太空梭制會被激活，其限速酶NADP-MDH活性顯著增加，該途徑可將葉綠體中過剩的還原力轉移到線粒體中通過交替途徑耗散，進而維持了青稞葉片的光合能力。該研究系統地探討了呼吸代謝在植物逆境適應性中的作用與調節機理，可為分子遺傳育種提供理論依據。
