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干旱是作物生长发育过程中常常遇到的逆境胁迫之一。近年来,由于气候变化导致的旱害越来越频繁。小麦是一种世界性的粮食作物,其生长和产量直接关系到人类粮食的供给。然而,干旱胁迫能够严重抑制小麦的正常生长发育及其产量。叶片是制造碳水化合物的主要器官,小麦生长和籽粒灌浆所需的有机质主要由叶片供应,因此,了解小麦叶片生长规律及其对干旱胁迫的响应,对于叶片生长调控好小麦生产具有重要意义。 叶片的生长主要涉及到细胞分裂及细胞伸长,而且细胞的伸长生长比细胞分裂对干旱胁迫更为敏感。细胞的伸长生长取决于细胞的膨压、细胞壁的松弛和细胞壁物质的合成。由于伸长区域细胞的膨压比较稳定,因此调节植物生长的主要因素是细胞壁的松弛和延展性。 扩展蛋白(Expansin)是一种细胞壁蛋白,在调节组织生长和细胞壁分化中发挥重要作用。已有许多研究报道,扩展蛋白几乎参与了植物的整个生长发育进程。同时,有研究证明,扩展蛋白参与对外界非生物胁迫的响应。 在本研究中,我们选择了两个抗旱性不同的小麦品系,分别为干旱不敏感型品系HF9703和干旱敏感型品系921842,通过PEG模拟干旱胁迫处理,以小麦幼苗第三叶片为模式,研究干旱胁迫下扩展蛋白在小麦幼苗叶片细胞伸长生长的作用,分析扩展蛋白在小麦抗旱性中的功能。主要结论如下: 1、在小麦叶片发育过程中扩展蛋白活性变化与小麦第三叶的相对伸长速率相一致,在第三叶生长的第6到8天扩展蛋白活性较高。同时,5个扩展蛋白基因的表达在第6天达到最大表达水平,而这一时期小麦第三叶的细胞长度也达到最大值,表明扩展蛋白与小麦叶片的生长密切相关。 2、不同程度水分胁迫处理后,小麦叶片生长受到不同程度抑制,酸诱导的细胞壁延伸性以非剂量依赖模式降低。然而,轻度水分胁迫下扩展蛋白活性上调,特别是在中部40-80mm叶段。但中度和重度水分胁迫使扩展节蛋白活性下调。同时,细胞壁对外源扩展蛋白的敏感性随水分胁迫程度的增加表现为持续升高。尽管酸诱导的细胞壁延伸性被水分胁迫下调,但在严重水分胁迫下能维持在一定的水平,这可能是水分亏缺增加了细胞壁对外源扩展蛋白的敏感性造成的。小麦叶片经过轻度水分胁迫及复水处理后的生长速率显著高于对照,但在中度和重度水分胁迫下没有观察到加速生长的现象。这可能与轻度干旱胁迫下增加的扩展蛋白活性及扩展蛋白基因的表达有关。结果表明扩展蛋白活性和细胞壁对外源扩展蛋白的敏感性均参与了小麦叶片对水分胁迫的适应。 3、在轻度干旱胁迫下,抗旱性强的HF9703的小麦叶片生长抑制了13.1%,而干旱敏感型的921842生长被抑制了26%,是HF9703的2倍。HF9703在轻度和中度水分胁迫处理的前期有一个上升的相对伸长速率,并在处理后期仍能维持一定的相对伸长速率,而此时正常水分条件下的相对伸长速率已趋于零。然而,921842在干旱胁迫处理下相对伸长速率持续下降,并在处理后期相对伸长速率基本趋于零。通过检测发现,无论是在正常水分条件下还是干旱条件下HF9703的扩展蛋白活性和扩展蛋白基因的表达水平均高于921842。结果表明HF9703的抗旱性较921842的抗旱性强,可能与扩展蛋白活性及扩展蛋白基因转录水平较高有关。