干旱胁迫伴随氧化胁迫会产生大量活性氧,破坏植物体内的氧化还原平衡,从而影响植物体正常的生命活动。谷胱甘肽作为主要定位在根尖分生组织的重要抗氧化小分子物质,在植物根系抵御干旱胁迫过程中发挥重要的作用,然而谷胱甘肽如何调控植物根系适应干旱的研究还比较少。柠条锦鸡儿多分布在西北干旱半干旱地区,是我国重要的旱生植物,对干旱等恶劣环境有较强的耐受能力,其干旱耐受能力强主要是源于其在水分亏缺环境下能形成发达的根系,从而延伸至地下深处吸收水分。但目前关于柠条在干旱环境下形成发达根系的机制研究还不清楚。该研究用PEG6000模拟室内干旱,从形态结构、生理指标、基因表达以及蛋白表达水平分析柠条在干旱胁迫下形成发达根系的机制。主要结果包括:(1)分析不同处理条件下柠条主根生长情况,结果显示5%PEG6000模拟干旱处理组和生长素IAA处理组柠条主根均较对照组伸长长;谷胱甘肽合成抑制剂BSO处理组柠条主根较对照组短,这种抑制作用能通过外施强还原剂DTT补充;生长素运输抑制剂NPA处理组柠条主根表型与BSO处理组一致。以上柠条主根生长结果说明干旱胁迫下柠条主根生长与体内的氧化还原调控和生长素极性运输有关。(2)利用激光共聚焦技术检测不同处理柠条根系谷胱甘肽的分布,测定不同处理柠条根系的谷胱甘肽含量和谷胱甘肽硫转移酶的活性,结果表明干旱处理组谷胱甘肽荧光较对照组更集中在根尖处且含量更多,大约是对照组的1.4倍。BSO处理组谷胱甘肽荧光较对照组更散乱分布且含量较少。干旱处理组的谷胱甘肽硫转移酶活性也较对照组明显升高。以上结果说明干旱胁迫下柠条根系生长与谷胱甘肽的调控有关。(3)利用石蜡切片研究不同处理柠条根尖细胞分裂增殖活力,结果表明干旱处理组根尖分生组织的细胞分裂增殖能力强于对照组,表现在细胞数目多于对照组,细胞大小也较对照组大。上述结果说明干旱胁迫下谷胱甘肽通过影响柠条根尖分生组织细胞分裂增殖活力调控发达根系的形成。(4)利用qRT-PCR和Western-blotting表达分析研究不同处理组柠条叶片和根尖的生长素极性输出载体PIN1蛋白在基因水平和蛋白水平的表达情况及PIN1蛋白的谷胱甘肽化修饰情况,结果表明干旱处理组柠条根尖PIN1蛋白在基因水平表达低于对照组,在蛋白水平表达高于对照组,同时谷胱甘肽化修饰程度也强于对照组。以上结果说明,干旱胁迫下PIN1蛋白的谷胱甘肽化修饰积累,避免了被泛素化降解,从而加强蛋白水平的表达。综合以上实验结果得出结论:干旱胁迫下柠条根系谷胱甘肽对生长素输出载体PIN1蛋白的谷胱甘肽化修饰加重,减轻了PIN1蛋白的泛素化降解,增强了PIN1蛋白对生长素的极性运输作用,影响了生长素在柠条根尖的分布,促进了根尖分生组织细胞分裂增殖能力,进而促进根系生长。