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干旱是影响植物生长发育的重要逆境因子,造成农作物减产,并使生态环境日益恶化。因此,探讨植物的抗旱机理、力求认识植物抗旱的本质、从而提高植物的抗旱能力,已经成为现代植物研究工作中急需解决的关键问题之一。本文以拟南芥ATHKl蛋白、G蛋白α亚基和β亚基、RACKl蛋白功能缺失单突变体、双突变体以及相应的野生型为研究材料,综合运用了分子生物学和植物生理学的各种研究方法,初步探讨了ATHKl蛋白在植物响应干旱胁迫中的作用及ATHKl蛋白与G蛋白、RACKl蛋白之间的相互作用。研究结果如下:
1、各基因型拟南芥在形态学特征和耐旱能力方面存在一定的差异。WT、athkl、gpal-4、agbl-2在形态学特征上均有明显的差异,耐旱能力则表现为agbl-2最强、gpal-4次之、athkl最弱;而athklgpal-4和athklagbl-2双突变体无论是形态学特征还是耐旱能力,都与athkl相似。比较WT、athkl、rackl三个基因型在形态和抗旱能力上的差异,三者在形态上有一定差异,在耐旱能力上则表现为rackl最强,而athkl最弱;athklrackl双突变体则表现出与athkl相似的形态学特征和耐旱能力。
2、各基因型拟南芥离体叶片失水率存在明显差异。与野生型相比,athkl离体叶片失水率最大,其次是gpal-4,而agbl-2和rackl最小,athklgpal-4、athklagbl-2和athklrackl双突变体离体叶片失水率与athkl相仿。
3、外源PEG和.ABA处理对各基因型拟南芥幼苗主根生长的影响与各基因型离体叶片失水率的变化趋势相似,即athkl和athklgpal-4、athklagbl-2、athklrackl三个双突变体主根生长受到了显著的抑制,agbl-2和rackl主根生长受抑制程度最小。
4、在土壤干旱条件下,拟南芥叶片水势和叶片气孔导度随干旱程度的加剧而不断下降,复水处理后又迅速恢复到对照水平。但agbl-2和rackl突变体叶片气孔导度较小,且对干旱胁迫处理不敏感。而athkl突变体叶片气孔导度较大,且对干旱胁迫处理敏感。各双突变体干旱条件下气孔导度的变化趋势与athkl突变体相似。
5、干旱处理后,各基因型拟南芥叶片ABA含量均迅速升高,复水处理后又恢复到对照水平。在处理第24天时,叶片ABA含量agbl-2>gpal-4>WT>athkl,且athklgpal-4和athklagbl-2双突变体叶片ABA含量与athkl相近。同样,在处理第24天时,叶片ABA含量rackl>WT>athkl /athklrackl.
根据以上实验结果并结合前人的研究,我们认为ATHKl蛋白作为干旱胁迫信号的感受器而参与了干旱信号的转导过程,并且分别与G蛋白和RACKl蛋白在信号转导过程中存在相互作用,且在G蛋白和RACK1蛋白下游起作用。