机理I植物缺铁响应机制和信号调控途径

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1、浙江火学博士学位论文摘要缺铁是农业生产上限制作物生产的主要因素之一。对属于双子叶和非禾本科单子叶的机理I植物而言，缺铁条件下，根系会作出多种响应来增加吸收利用铁的能力，这些响应包括：诱导高铁还原酶和铁转运体，分泌质子，增加亚根尖根毛发育和侧根发育以及分泌酚类物质等还原性小分子有机物。然而，后两种缺铁响应在改善物铁营养中的贡献仍尚未明确。本文首先以红三叶草(TrifoliumpretenseL．)为材料，较系统地研究了缺铁诱导的侧根发育和根系分泌的酚类物质在提高根系铁吸收，增加土壤中铁有效性及促进根系质外体铁再利用中的作用及其机制，以及体内酚类物质对生长素代谢的影响及其与缺铁

2、响应之间的关系；另一方面，由于人类活动所导致的大气C02浓度增加会促进植物的生长，进而可能影响植物的铁营养，本研究以番茄(SolanumlycopersicomcV．)为材料研究了这一环境因素的变化对植物铁营养吸收的影响；最后，本研究借助病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)，初步探讨了体内14．3．3蛋白在植物缺铁响应中的调控作用。主要研究结果分为铁吸收机制，体内铁再利用机制，环境因素的影响及铁吸收调控机制等这四个方面，概述如下：1、侧根发育与根际微生物在植物吸收铁中的作用(铁吸收机制)缺铁条件下，红三叶草的侧根数量显著增加，并且侧根数量与根系高铁还原酶活性之间显著正相关。此

3、外，对Dasgan等(2002，PlantandSoil，241：97·104)报道的结果作相关性分析也发现，两种不同基因型前茄line227／!(P1)和Roza(P2)，以及它们的两个杂交后代(cPI×P2，和·P2×PI，)在两个不同水平(10。6和10—MFeEDDHA)的低铁条竹。卜．生长，它们的根系高铁还原酶活性与侧根数量也呈显著止相关。进一步分析表明，这4种界茄的侧根密度人小趋势义与它们的耐缺铁失绿能力的强弱相一致。这些结果证明了缺铁诱导的侧根数量增加可以提高根系高铁还原酶活性，并由此在增强植物耐缺铁能力上发挥重要作用。此外，有研究表明十壤微生物能促进植物铁的

4、吸收。本研究中，我们也发现碱性十壤灭菌后，红-hi。草的生K和铁吸收受剑了明显抑制，但nl，面喷施Fe．EDTA溶液和十壤接种根瘤菌使红二叶草的生K和铁吸收均得剑恢复。厉者现缘与根瘤菌幺上瘤后根系的高铁还原酶活性显并增强有芙。V浙江大学博上学位论文摘要溶液培养条件下，红三叶草根系在缺铁条件下会分泌大量酚类化合物，在碱性土壤培养条件下，也发现根际土壤中酚类物质积累的现象。鉴于酚类物质具有抑菌性，我们测定了缺铁土壤培养的红三叶草根际微生物种群的变化。微生物16srDNAPCR．DGGE分析和培养试验表明，缺铁培养的红三叶草根际土壤和人为添加根系分泌的酚类物质培养的土壤的微生物群

5、落结构均发生了明显的变化，且都表现为分泌高铁载体(Siderophore)能力强的微生物数量的增加，说明缺铁诱导的根际微生物群落结构变化很可能是根系分泌的酚类物质引起的。在可培养的微生物中，我们还发现，与根系分泌的酚类物质共培养后，增加了土壤中产生长素类物质的微生物的比例。水培试验证明微生物分泌的生长素类物质能有效地增强红三叶草根系还原铁的能力。结合我们以往的研究，提出了机理I植物根系分泌物与微生物互作及其对改善植物铁营养的作用的机理模型，即：缺铁诱导根系分泌的酚类物质首先改变了根际微生物群落结构，提高了根际土壤中能分泌高铁载体和生长素类物质的微生物的比例，新的微生物群落又

6、通过增强高铁载体和生长素类物质的分泌促进植物的铁吸收。2、酚类根系分泌物在红三叶草根系质外体铁再利用上的作用(铁再利用机制)缺铁根系细胞向根际分泌酚类物质时，须先经过根系的质外体空间。在溶液培养试验中我们发现，用吸着型树脂去除培养液中的酚类根系分泌物后，红三叶革新叶失绿症状更为严重，且后期没有恢复迹象，这一现象暗示了缺铁诱导分泌的酚类物质可能与植物体内的铁再利用有关。进一步分析表明，酚类物质之除后，儿乎完全抑制了缺铁根系的质外体铁随缺铁培养时间延长而下降趋势，与之相对应的是，酚类物质去除后，地上部的铁含量明显下降，而根系铁含量却显著提高，表明酚类物质去除后可能减少了根系中的

7、质外体铁向地上部转运，从而加剧了地上部的缺铁症状。然而，玄除酚类分泌物同时也增强了缺铁植物根系的高铁还原酶活性和质子分泌，说明这种质外体铁再利Hj过程并不是由质子分泌和高铁还原酶介导的。根系分泌的酚类物质对根系细胞壁中的铁的解吸动力学试验表明，酚类根系分泌物确能有效释放I司定丁细胞壁上的铁。上述结果充分证明了缺铁诱导的根系酚类分泌物直接介导了根系质外体铁的再利川，并往改善植物地上部分铁营养中起着十分重要的作川。3、大气C02浓度增加对植物铁营养的影响(环境因素的影响)V1浙江大学博上学位论文摘要目前，地球大气中的二