干旱胁迫下烟草中DREB类转录因子过表达产生的生理效应研究初探

论文摘要

水分是保证烟草健康生长发育、优良品质形成的主要因素之一。如果干旱出现在团棵期,易造成烟株早花;出现在旺长期,会造成叶片发育不良、内含物不充实;出现在成熟期,会导致叶片增厚、粗糙,糖碱比失调,旱烘假熟现象。DREB（dehydration responsive element binding protein）类转录因子主要参与植物感受非生物逆境胁迫的信号传递途径,通过调控下游一系列胁迫应答基因的表达,使植物对低温、干旱和高盐等非生物逆境的耐受性得到综合提高。有关DREB类转录因子的结构、功能及对效应基因的调控研究已有相当多的报道,但DREB类转录因子过表达对植物生物学特性及对渗透胁迫耐受性的生理过程的综合研究却少见报道。本研究就香料烟（Izmir）中过表达BnDREB1-5转录因子基因对叶片组织结构、光合特性的影响及抗胁迫能力进行了初步探讨。主要结果如下:1.转基因香料烟表现出良好的保水性能,叶片失水率为0.16 mg H2O / cm2 .h-1,是野生型烟草叶片的15.9%;转基因烟草叶片上表皮的气孔密度是野生型叶片气孔密度的46.4%,但气孔器宽度和气孔开度都略大于野生型;下表皮是野生型的56.1%,但气孔器长于野生型,宽微小于野生型,气孔开度明显大于野生型。2.检测转基因烟株在干旱胁迫10d后的农艺性状比野生型烟草有明显优势,（T/W单位cm:株高51.67/39.67、叶数17.67/13.67、叶长19.95/19.22、叶宽9.93/10.61、节距2.97/2.98）,且野生型烟株叶片明显萎焉;组织结构分析显示:转基因烟草叶片增厚,栅栏组织/海绵组织的比值明显增大,组织结构完整。3.干旱胁迫后转基因烟叶中淀粉酶活性是野生型的1.20倍;Ivr活性是野生型的1.71倍;可溶性糖含量是野生型的1.86倍。NR活性是野生型的8.47倍;可溶性蛋白质是野生型的2.97倍。4.干旱胁迫后转基因烟叶中叶绿素含量降低幅度明显小于野生型;类胡萝卜素和chla/b明显大于野生型烟草;叶绿素荧光参数Fo、NPQ明显低于野生型,其它荧光参数和光合作用参数都大于野生型;PEP羧化酶活性明显大于野生型。5.转基因烟叶中有BADH活性,干旱胁迫后BADH活性升高,而野生型烟草中检测不到BADH活性;干旱胁迫后转基因烟叶中脯氨酸含量是野生型的1.08倍; SOD活性明显高于野生型;MDA含量是野生型的53.9%。以上结果表明:DREB类转录因子过表达烟草提高了PEP羧化酶活性,显现了BADH的活性,并且在保水性能、农艺性状、光合特性及防御酶活性等方面明显优于野生型烟草,DREB类转录因子过表达提高了烟草抗旱的生理机能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 干旱胁迫条件下植物的渗透调节作用
• 1.1.1 渗透调节物质
• 1.1.1.1 无机离子
• 1.1.1.2 脯氨酸
• 1.1.1.3 甜菜碱
• 1.1.1.4 可溶性糖和游离氨基酸
• 1.1.2 渗调基因
• 1.2 干旱胁迫对光合作用的影响
• 1.2.1 气孔限制
• 1.2.2 非气孔限制
• 1.2.2.1 对叶绿体结构的影响
• 1.2.2.2 对光合色素的影响
• 1.2.2.3 对光合酶活性的影响
• 1.2.2.4 对活性氧代谢的影响
• 1.2.2.5 对叶绿素荧光参数的影响
• 1.3 DREB 转录因子
• 1.3.1 转录因子概述
• 1.3.2 DREB 转录因子
• 1.3.3 DREB 转录因子对非生物胁迫耐受性研究
• 2 引言
• 2.1 研究目的与意义
• 2.2 研究的内容及思路
• 3 材料与方法
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 植物材料
• 3.1.2 试验设计
• 3.1.3 主要试剂与仪器
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 酶类的测定
• 3.2.2 光合特性参数的测定
• 3.2.3 保水性实验
• 3.2.4 气孔参数的测定
• 3.2.5 叶片结构取样、制片和测量
• 3.2.6 常规成分的测定
• 4 结果与分析
• 4.1 转基因烟草抗干旱胁迫保水性和气孔分析
• 4.1.1 转基因烟草（Izmir）叶片保水性分析
• 4.1.2 转基因烟草叶片气孔大小和气孔密度分析
• 4.2 干旱胁迫对转基因烟草植株生长发育的影响
• 4.2.1 干旱胁迫对转基因烟草农艺性状的影响
• 4.2.2 干旱胁迫对转基因烟草叶片结构的影响
• 4.3 干旱胁迫对转基因烟草碳代谢的影响
• 4.3.1 干旱胁迫对转基因烟草叶片淀粉酶和转化酶活性的影响
• 4.3.2 干旱胁迫对转基因烟草叶片可溶性糖含量的影响
• 4.4 干旱胁迫对转基因烟草氮代谢的影响
• 4.4.1 干旱胁迫对转基因烟草叶片硝酸还原酶（NR）活性的影响
• 4.4.2 干旱胁迫对转基因烟草叶片可溶性蛋白质含量的影响
• 4.5 干旱胁迫对转基因烟草光合特性的影响
• 4.5.1 干旱胁迫对转基因烟草叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响
• 4.5.2 干旱胁迫对转基因烟草叶片 PEP 羧化酶活性的影响
• 4.5.3 干旱胁迫对转基因烟草叶片叶绿素荧光参数的影响
• 4.5.4 干旱胁迫对转基因烟草光合日变化的影响
• 4.6 干旱胁迫对转基因烟草渗透调节物质的影响
• 4.6.1 干旱胁迫对转基因烟草叶片脯氨酸含量的影响
• 4.6.2 干旱胁迫对转基因烟草叶片甜菜碱醛脱氢酶活性的影响
• 4.6.3 干旱胁迫对转基因烟草叶片 SOD 活性的影响
• 4.6.4 干旱胁迫对转基因烟草叶片丙二醛含量的影响
• 5 结论与讨论
• 5.1 转基因烟草提高了叶片的保水性能
• 5.2 干旱胁迫对转基因烟草组织结构的影响
• 5.3 干旱胁迫对转基因烟草碳代谢的影响
• 5.4 干旱胁迫对转基因烟草氮代谢的影响
• 5.5 干旱胁迫对转基因烟草光合特性的影响
• 5.6 干旱胁迫对转基因烟草渗透调节物质的影响
• 参考文献
• ABSTRACT