摘要
干旱具有发生频率高、强度大及持续时间长等特点，严重影响到植物的生长发育。研究植物抗旱机理，提高植物的抗旱能力对提高农林业生产具有重大意义。杨树的根系发达，生长健壮，枝叶茂密，叶色叶形也具有特点，是行道树的优良品种，在美化城市、园林建设和街道绿化中具有重大的意义，同时还具有净化空气，减音降尘等生态功能。本研究以过表达PeMPK7杨树的两个独立转基因株系OE3-3（低水平表达）和OE1-6（高水平表达）和非转基因杨树（WT）为试验材料，采用盆栽称重法模拟不同程度的干旱胁迫，通过测定杨树幼苗生长特性相关指标、光合色素含量、叶绿素荧光参数、光合作用参数、渗透调节物质及抗氧化酶活性等生理生化指标，分析干旱胁迫对过表达PeMPK7基因植株和非转基因植株的影响。研究结果如下： （1）轻度和中度干旱胁迫下过表达PeMPK7转基因植株变化较小，下部叶片有轻微下垂皱缩。在重度干旱胁迫，下部叶片出现失绿、黄色斑点增多并逐渐扩大，下垂卷曲。而非转基因植株在中度胁迫下已有此表型，在重度干旱胁迫下，下部叶片出现干枯脱落。随着干旱胁迫的加重，非转基因植株和转基因植株的株高和地径的生长量均呈下降趋势，过表达PeMPK7转基因植株的株高相对生长率高于非转基因植株，但地径相对生长率低于非转基因植株，表明过表达PeMPK7转基因植株生长形态优于非转基因植株。 （2）随干旱胁迫程度的加重，过表达PeMPK7转基因植株和非转基因植株的光合速率（Pn）、蒸腾速率、气孔导度明显降低，水分利用效率呈上升趋势。在轻度和中度胁迫下，Pn和胞间CO2浓度（Ci）则明显下降，表明此时为气孔限制因素。重度干旱胁迫下，随Pn下降而Ci升高，转变为非气孔限制。过表达PeMPK7转基因植株的光合基本参数下降幅度小于非转基因植株。表明过表达PeMPK7转基因植株在干旱胁迫下的光合能力强于非转基因植株。 （3）随干旱胁迫程度的加重，过表达PeMPK7转基因植株和非转基因植株的叶绿素总量、最大光化学效率、潜在光化学效率、实际光化学效率、电子传递效率均显著降低，且过表达PeMPK7转基因植株的下降幅度小于非转基因植株。过表达PeMPK7转基因植株NPQ呈上升趋势，而非转基因植株的NPQ呈下降趋势，表明干旱胁迫下过表达PeMPK7转基因植株能缓解光抑制，提高电子传递效率和热耗散的能力，减少干旱胁迫对光系统的破坏。 （4）干旱胁迫导致过表达PeMPK7转基因植株和非转基因植株出现渗透胁迫和氧化胁迫。随干旱胁迫程度的加重，过表达PeMPK7转基因植株和非转基因植株体内的活性氧（ROS）含量显著上升，ROS过度积累导致膜脂过氧化加剧，丙二醛（MDA）含量和相对电导率显著上升，膜透性增加，打破植物的渗透平衡。过表达PeMPK7转基因植株的ROS含量、MDA含量和相对电导率上升幅度和含量均低于非转基因植株。 （5）随干旱胁迫程度的加重，过表达PeMPK7转基因植株和非转基因植株在轻度和中度干旱胁迫会通过调节可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸等有机渗透调节物质会增加，提高细胞液浓度，维持细胞膨压，防止原生质过度缺水，过表达PeMPK7转基因植株的上升幅度及含量显著高于非转基因植株。在重度干旱胁迫下，非转基因植株和OE3-3株系的渗透调节物质出现下降趋势，其渗透调节能力已超出植物本身的调节范围，造成不可逆转的损伤。 （6）随干旱胁迫程度的加重，ROS含量增加，抗氧化酶系统可以协同作用以减小对植株的伤害。杨树叶片的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物歧化酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性均呈先上升后下降的趋势，在轻度和中度干旱胁迫下杨树的SOD、POD和CAT均呈上升趋势，在重度干旱胁迫下则呈下降趋势，而APX在轻度胁迫干旱胁迫下达到最大值。在中度和重度干旱胁迫下，过表达PeMPK7转基因植株SOD、POD、CAT和APX活性均大于非转基因植株，表明过表达PeMPK7转基因植株抗氧化系统清除ROS的能力较强。
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