小麦幼苗水分利用效率生理差异与相关基因的cDNA-AFLP分析

论文摘要

水分亏缺是粮食生产的主要限制因素之一。小麦是主要粮食作物,其抗旱节水性受到国内外的高度重视。研究认为,培育高水分利用效率的作物对于节水和产量提高皆为有效的策略。作物的水分利用效率（WUE）是受多基因控制的数量性状,同时受到多种外界环境因素的影响,因此要选择最适的WUE控制性状以及生理基础相对较难。尽管如此,作物的WUE因其将水分和产量相结合这一优势,目前仍然作为抗旱筛选的首选指标之一。但是,不同种植条件、不同作物品种间高WUE的机制并非一致,影响WUE的主因子也不尽相同。因此,对WUE生理机理的研究尤为重要。近年来的研究表明,作物的WUE是可遗传的性状,通过QTL在小麦上也找到了控制高WUE的位点。同时,通过导入控制高光合或低蒸腾的基因,实现了小麦的高WUE。目前能够克隆到的控制高WUE的基因相对很少,可以用于转基因的有效基因就更加缺乏。为此,本研究以旱地小麦西峰20、水地小麦石4185和水旱兼用旱优118三个品种为试材,首先对渗透胁迫条件下影响小麦苗期WUE的生理基础差异进行了比较研究,同时采用cDNA-AFLP技术,对渗透胁迫诱导差异表达基因进行了分离和克隆。实验结果如下: 不同水旱地小麦品种叶片和单株的水分利用效率不同。首先表现在:正常条件下,水地品种4185的光合速率高于旱地品种西峰20,而蒸腾速率和气孔导度低于旱地品种,因而正常条件下水分利用效率较高;随着渗透胁迫处理,水地品种4185和水旱兼用小麦旱优118的光合速率降低幅度大于早地品种西峰20,因而叶片水分利用效率随胁迫处理呈显著降低趋势;而早地品种西峰20叶片水分利用效率随胁迫处理不但不降低,反而稍有升高;其次:不同品种叶片离体失水速率不同,胁迫前期旱地小麦失水大于水地和水旱兼用品种;同时:正常条件下,不同品种叶片和根系渗透势不同,渗透胁迫后都随表现出上升的趋势,但不同品种之间变化规律不一致。 不同水分利用效率的品种,其抗旱方式存在着差异:正常浇水条件下,水地品种因其较高的水分利用效率而高产,而旱地小麦靠较大的蒸腾拉力吸收有限水分;在遭受干旱胁迫后,水地品种最大限度地关闭气孔减小蒸腾,而旱地品种仍然通过较大的蒸腾拉力吸收水分以维持生命。相比较而言,水地品种具有较强的抗旱性,而旱地品种耐旱性更强。从生理性状的变化趋势发现,水旱兼用小麦旱优118更类似于水地小麦4185。

论文目录

• 引言
• 第一章 小麦苗期水分利用效率生理差异
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 材料培养
• 1.1.2 材料处理
• 1.2 方法
• 1.2.1 光合和蒸腾速率测定
• 1.2.2 渗透势测定
• 1.2.3 单株水分利用效率测定
• 1.2.4 叶片和根系干重测定
• 1.2.5 叶片离体失水速率测定
• 2 结果与分析
• 2.1 水旱地小麦地上和地下部生长特性
• 2.2 渗透胁迫对渗透胁迫对水旱地小麦叶片和根系含水量的影响
• 2.3 渗透胁迫对水旱地小麦离体失水速率的影响
• 2.4 渗透胁迫对水旱地小麦根冠比的影响
• 2.5 渗透胁迫对水旱地小麦叶片和根系渗透势的影响
• 2.6 渗透胁迫对水旱地小麦叶片光合和蒸腾速率以及气孔导度的影响
• 2.7 渗透胁迫对水旱地小麦叶片水分利用效率的影响
• 2.8 渗透胁迫对水旱地小麦单株水分利用效率的影响
• 3 讨论
• 3.1 不同水旱类型小麦水分利用效率比较
• 3.2 水分利用效率主要影响因子
• 3.3 不同水分利用效率品种的抗旱性差异
• 4 结论
• 第二章 小麦苗期水分利用效率相关基因分离与克隆
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.1.1 材料培养
• 1.1.2 材料处理
• 1.1.3 试剂与引物
• 1.1.4 仪器设施
• 1.2 方法
• 1.2.1 叶片RNA总量提取及检测结果
• 1.2.2 mRNA标准纯化
• 1.2.3 cDNA合成
• 1.2.4 AFLP技术体系
• 1.2.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳技术
• 1.2.6 差异表达片段回收及二次扩增
• 1.2.7 扩增产物的琼脂糖电泳检测
• 1.2.8 感受态大肠杆菌细胞的制备
• 1.2.9 PCR产物与质粒载体的连接
• 1.2.10 转化大肠杆菌
• 1.2.11 质粒DNA提取
• 1.2.12 插入片段酶切检测
• 1.2.13 Northern杂交
• 1.2.14 基因片段测序与序列分析
• 1.2.15 RT-PCR技术
• 1.2.16 PCR产物的克隆及DNA序列分析
• 1.2.17 RACE-PCR技术
• 2 结果与分析
• 2.1 小麦叶片RNA的提取及纯化结果
• 2.2 cDNA合成
• 2.3 小麦AFLP差异显示
• 2.4 引物筛选
• 2.5 二次扩增结果
• 2.6 Northern检测结果
• 2.7 序列测定及分析
• 2.8 基因片段在根系中表达结果
• 2.9 基因片段注册
• 2.10 基因全长分析
• 3 讨论
• 4 结论
• 参考文献
• 个人简历
• 致谢