干旱胁迫下玉米自交系叶片木质素含量变化及其与耐旱性的关系

论文摘要

玉米起源于南美洲高温多湿的热带地区,其耐旱性较差。近些年由于水资源的缺乏,干旱已成为限制玉米生产的主要非生物胁迫因子。前期以玉米自交系“81565”和“200B”为材料,研究干旱胁迫下具有差异表达的蛋白点,其中一个蛋白点比对分析的结果是木质素合成过程的关键酶——肉桂醇脱氢酶（CAD）。由于条件限制,没有对干旱胁迫下木质素的含量变化及其与耐旱性的关系进行下一步的研究。本研究首先以玉米自交系“81565”、“200B”、“87-1”、“18-599”、“18-599M”和“ES40”为材料,在田间不同干旱胁迫强度及正常浇水条件下,鉴定各自交系的耐旱性,再测定叶片木质素含量,转换为耐旱系数,研究其与单株籽粒产量和雌雄花期间隔耐旱系数的相关性。分析结果表明:各自交系间耐旱性差异达到显著水平,“200B”耐旱性最强,“18-599”耐旱性最强。另外,叶片木质素含量对干旱胁迫的反应大不相同,在干旱胁迫条件下,耐旱性较强的自交系木质素含量比正常灌水对照显著升高,平均耐旱系数较大;耐旱性中等的自交系木质素含量比正常灌水对照略有升高;耐旱性较弱的自交系木质素含量与对照相当或下降。在中等干旱和严重干旱条件下,叶片木质素含量平均耐旱系数与单株籽粒产量和雌雄花期间隔耐旱系数的相关系数,分别为r=0.848和r=0.889,均达显著水平。鉴于以上田间分析的结果,采用定量PCR技术对干旱胁迫下玉米叶片木质素合成过程中CAD基因相对表达量进行下一步的分析。以自交系“81565”、“200B”、“87-1”和“丹340”为材料,用18%聚乙二醇（PEG）模拟干旱胁迫对盆栽幼苗进行处理,等量清水浇灌为对照,分别取胁迫0、6、12、24和36 h五个时段的叶片提取总RNA,经1%的琼脂糖凝胶电泳进行检测,应用定量PCR技术对五个时段CAD基因相对表达量进行分析。结果表明:4个自交系在干旱胁迫下CAD基因的相对表达量均有不同程度的改变,干旱处理24 h时,“81565”和“87-1”CAD基因的相对表达量出现峰值;“丹340”CAD基因的相对表达量随着干旱程度加剧呈下降模式;“200B”在干旱处理24 h后CAD基因的相对表达量升高。综上,“200B”和“81565”为强耐旱自交系,“87-1”和“18-599M”为中等耐旱自交系,“18-599”和“ES40”为不耐旱自交系。CAD基因在应答干旱胁迫过程中起着重要的作用,干旱胁迫时,耐旱自交系可以通过叶片木质素含量的提高来减少水分散失,维持细胞正常的渗透压,抵御干旱带来的不利影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 作物耐旱性研究
• 1.1.1 作物耐旱的形态结构特点
• 1.1.2 作物抗旱的生理生化基础
• 1.2 木质素的组成
• 1.3 木质素的生物合成途径
• 1.3.1 肉桂酸-3-羟基化酶（C3H）介导的羟基化反应
• 1.3.2 咖啡酸-O-甲基转移酶（COMT）与阿魏酸-5-羟基化酶（FSH）途径
• 1.3.3 肉桂醇脱氢酶（CAD）与芥子醇脱氢酶（SAD）的还原作用
• 1.4 木质素合成的生物调控
• 1.4.1 苯丙酸途径的生物调控
• 1.4.2 木质素单体合成相关酶的生物调控
• 1.4.3 木质素合成过程中还原酶的生物调控
• 1.5 木质素与作物的抗性研究
• 1.5.1 木质素与作物的抗病性研究
• 1.5.2 木质素与作物的抗倒伏研究
• 1.5.3 木质素调节水输送方面的功能
• 1.6 实时荧光定量PCR技术
• 1.6.1 实时荧光定量PCR原理
• 1.6.2 实时荧光定量PCR常见方法
• 1.6.3 实时荧光定量PCR植物研究中的应用
• 1.7 本研究的目的和意义
• 2 材料和方法
• 2.1 田间耐旱性鉴定
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设计
• 2.1.3 鉴定指标
• 2.2 叶片木质素含量测定
• 2.2.1 苯醇混合液的抽提
• 2.2.2 稀酸溶解及耐旱系数
• 2.3 实时荧光定量PCR分析
• 2.3.1 材料及处理
• 2.3.2 总RNA提取和检测
• 2.3.3 引物设计
• 2.3.4 cDNA第一链合成
• 2.3.5 定量标准品的制备
• 2.3.6 实时荧光定量PCR
• 3 结果与分析
• 3.1 自交系间耐旱性差异
• 3.2 各自交系叶片木质素含量及其与耐旱性的关系
• 3.3 荧光定量PCR结果分析
• 4 讨论
• 4.1 玉米耐旱性鉴定的生理生化指标
• 4.2 自交系间耐旱性差异
• 4.3 木质素含量与抗旱性的关系
• 4.4 CAD基因在干旱胁迫下的表达
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读学位期间发表论文