小麦种子发芽率的生化遗传机制的初步研究

论文摘要

小麦（Triticum aestivum L.）是一种重要的粮食作物,对粮食安全具有重要作用。因此,保证小麦生产的高产、稳产具有重要的社会经济意义。小麦的高产、稳产是由以下几个方面决定的：选种高发芽率种子播种、种植技术、田间管理技术（如防早衰、防倒伏等）、病虫害的防治（白粉病、条锈病）。我国对于保证小麦的高产和稳产的研究主要集中于种植技术、田间管理技术以及病虫害的防治,而对于小麦种子发芽率的研究则相对较少。而在实际的生产中常会发现一些发芽率低的小麦品种；发芽率低的小麦品种不仅会增大农民的播种量,而且易受不利条件的影响,导致小麦产量下降。为解决小麦种子发芽率低的问题,必须从生化、遗传以及分子方面找出造成发芽率低的原因。为了深入的了解小麦种子的发芽机制,我们选用部分四川小麦品种川农17、川农19、川农23、川农24、川农27、绵阳11及川农24/川农27杂交F2代做材料,测定各品种种子的发芽率；然后通过进行发芽期间相关性酶（过氧化物酶,超氧化物歧化酶,过氧化氢酶,α-淀粉酶）活性的分析、不同发芽时期α-淀粉酶同工酶分析以及利用cDNA克隆技术克隆种子发芽率差异较大的小麦品种川农24和川农27的α-淀粉酶基因。实验结果如下：1、不同小麦品种发芽率的差异通过发芽试验,筛选发芽率高低不同的品种,并比较它们在生理生化的差别分析影响种子发芽率的根本原因。结合本实验室的条件,以恒温20℃,发芽7天进行发芽试验。试验确定了6个小麦品种种子的发芽率,其中CN24的发芽率最高,为90.67%；MY11、CN17、CN19较高,分别为89.33%、83.33%、86.00%；而CN27、CN23的发芽率偏低,分别为63.33%、54.67%。2、小麦种子发芽率的遗传特性通过对CN24/CN27 F2群体发芽情况的分析发现发芽率高（>85%）与发芽率低（<85%）材料数量的比例符合孟德尔分离规律的1:3,通过卡方检验差别不显著。说明小麦种子的发芽率可能由隐性基因控制。而与万平等通过发芽α-淀粉酶活性按高、中、低,以1：2：1进行X2测验,证实发芽籽粒高α-淀粉酶活性受单隐性基因控制一致。初步推测小麦种子发芽率受α-淀粉酶的影响。为证实这一点,需进行更进一步的试验,如相关酶酶活性的分析及分子克隆等。3、小麦种子发芽期相关酶酶活性的分析小麦种子的发芽是一个复杂的生理过程,并且种子发芽包括胚的萌动与生长和胚乳或子叶中贮藏产物的动员。种子的贮藏物质需要经过分解后,才能以可利用的方式动员到胚中去,以支持胚的迅速生长,这样就需要一些分解酶类的迅速合成,如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、α-淀粉酶等。通过对材料发芽期间过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、α-淀粉酶等活力测定,并进行相关性分析得出：α-淀粉酶活性与发芽率呈极显著正相关,相关系数为0.9743。CAT、POD、SOD与发芽率呈显著正相关,相关系数分别为0.4588、0.4836、0.2362。证明α-淀粉酶是籽粒发芽前期最重要的酶。结合小麦种子的发芽情况,通过对发芽前三天的各材料进行α-淀粉酶同工酶电泳,分析各同工酶带对种子发芽的作用。发现种子发芽期间表达5种α-淀粉酶同工酶,分别为A1、A2、A3、A4、A5。第一天发芽率相对高的材料CN17、CN24、CN19、MY1l共同表达A4条带；而CN23, CN27共同表达A5条带。在第二天,CN17、CN24、CN19、MY11增加了A1、A3两条同工酶带,其中A1酶带浓度很高,而A3酶带浓度低；CN23, CN27增加表达了A1、A2、A3三条同工酶带,A3浓度高而A1、A2浓度低。因为发芽率高的品种没有A2带且A1带浓度高,发芽率低的A1带浓度低而A3带浓度高。说明A1同工酶在种子发芽期间起主要作用,A3同工酶可能起到一定的辅助作用。4、不同小麦品种α-淀粉酶基因cDNA克隆通过对种子胚乳中α-淀粉酶基因cDNA克隆,对种子发芽期间α-淀粉酶基因在转录水平上进行分析。发现CN24、CN27的cDNA序列是通过完全将内含子切除然后再连接产生的,没有发生选择剪接。它们在序列上仅有少数碱基的突变,部分发生在蛋白质编码区,但其突变没有影响蛋白质的重要结果,对于种子的发芽可能不起作用。推测可能是由于表达量得差异导致发芽率的改变。非编码区的碱基突变可能造成氨基酸表达量得差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 α-淀粉酶研究进展
• 1.2.1 淀粉酶研究概况
• 1.2.2 α-淀粉酶的分类
• 1.2.3 α-淀粉酶基因的结构特点
• 1.2.4 α-淀粉酶的催化机理
• 1.2.5 α-淀粉酶的应用
• 1.2.6 α-淀粉酶研究展望
• 1.2.7 小麦α-淀粉酶研究
• 1.3 立题意义与研究现状及趋势
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 种子发芽试验
• 2.2.2 酶活性测定
• 2.2.3 过氧化氢酶（CAT）活性的测定
• 2.2.4 过氧化物酶（POD）活性的测定
• 2.2.5 超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定
• 2.2.6 α-淀粉酶活性的测定
• 2.2.7 不同小麦品种α-淀粉酶同工酶电泳
• 2.2.8 统计分析及图表处理
• 2.3 不同小麦品种α-淀粉酶基因cDNA克隆试验
• 2.3.1 实验材料准备
• 2.3.2 RNA提取
• 2.3.3 mRNA分离
• 2.3.4 第一链cDNA合成反应
• 2.3.5 第二链cDNA合成反应
• 2.3.6 合成的cDNA精制
• 2.3.7 PCR基因扩增
• 2.3.8 α-淀粉酶基因cDNA克隆
• 2.3.9 α-淀粉酶基因的cDNA序列比较及分析
• 3 结果与分析
• 3.1 不同小麦品种发芽情况分析
• 3.1.1 不同小麦品种种子7天的发芽率情况
• 3.1.2 川农24/川农27杂交F2子代群体种子发芽情况
• 3.2 不同小麦品种种子发芽与相关酶活性分析
• 3.2.1 不同小麦品种发芽期间相关酶活性变化规律
• 3.2.2 不同小麦品种种子发芽期间过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、α-淀粉酶活性与种子发芽率相关性分析
• 3.2.3 不同小麦品种α-淀粉酶同工酶电泳
• 3.3 川农24、川农27a-淀粉酶基因的cDNA克隆
• 3.3.1 总RNA质量检测
• 3.3.2 目的基因的RT-PCR、克隆与测序
• 3.3.3 川农24、川农27α-淀粉酶基因的cDNA序列分析
• 3.3.4 川农24、川农27的α-淀粉酶基因及其编码蛋白的序列比对分析
• 4. 讨论
• 4.1 不同小麦品种发芽率差异分析
• 4.2 不同小麦品种发芽率与相关性酶酶活性的关系
• 4.3 不同小麦品种α-淀粉酶同工酶在种子发芽期的作用
• 4.4 不同小麦品种α-淀粉酶基因cDNA克隆分析
• 4.5 有待进一步的研究
• 参考文献
• 致谢