甜菜苗期对干旱适应的生理生化及分子机制研究

论文摘要

甜菜是世界上重要的糖料作物,在目前甜菜生产中,干旱已成为制约其生产和产业发展的重要因素,降低甜菜对水分缺乏的敏感性和提高其抗（耐）旱性已成为甜菜生产亟待解决的难题。因此,深入研究甜菜抗旱机制,对加速甜菜抗旱育种,扩大甜菜种植范围,提高其生产潜力,促进干旱、半干旱地区的经济发展意义重大。本论文对国内外30份甜菜种质资源的抗旱性进行了综合评价,依据评价结果选出抗旱性强和抗旱性弱的两个品种为试验材料,对其抗旱生理生化及分子机制进行系统研究,取得如下主要研究结果:1、通过反复干旱存活率鉴定与多指标主成分和隶属函数分析相结合,对30份甜菜种质资源抗旱性进行综合评价,并通过田间试验对评价结果进行了验证,从中鉴定并筛选出抗旱性较强的材料6份,抗旱性较弱的材料4份,20份为中间型,并为甜菜种质资源苗期抗旱性大规模筛选提供了新技术。2、干旱胁迫下,通过诱导保护酶系基因的表达,在保护酶系SOD、POD及抗氧化性物质Car、GSH的共同协调作用下,使抗旱材料HI0466细胞结构得到很好的保护,表现为活性氧可维持在较低水平,膜脂过氧化程度小,使细胞膜透性小,抗失水能力强,表现出较强的抗旱性。3、水分胁迫下,脯氨酸、甜菜碱、可溶性糖、可溶性蛋白在渗透调节中的作用显著,其中脯氨酸、甜菜碱在P5CS基因、BADH基因的实时、过量表达下,成为两种甜菜的主要渗透调节物质,其含量的增加及增幅的增强可提高甜菜抗旱性。4、干旱胁迫会影响甜菜的光合作用并产生光抑制。干旱胁迫下,净光合速率、PS II原初光能转化效率降低,PS II潜在活性中心受损。相比之下,抗旱性强的甜菜净光合速率下降的幅度小,复水后自身修复能力强,具有较为完善的非光化学淬灭机制,可通过对过剩光能的消耗来避免或减轻光合机构受损,使抵抗干旱的能力在一定程度得以提高。同时发现轻度水分胁迫时气孔限制是影响光合作用的主要因素,而胁迫加重时非气孔限制占主导。5、水分胁迫下甜菜ABA含量有不同程度的升高,而IAA含量在根系表现为先升高后降低。通过ABA的显著增加可增强对干旱胁迫的调节,而根系IAA含量在胁迫初期的提高可使其根系生长潜能增强。在水分胁迫下两种激素相互协调,趋于促进根系生长和加速气孔关闭,抗旱甜菜在胁迫初期趋向于促进根系生长的能力较强,而在重度胁迫下通过减缓生长速率、促进气孔关闭来适应干旱胁迫的优势明显。6、在水分胁迫下,分子量约为54KD的蛋白与甜菜体内水分的变化关系较为密切,抗旱性强的甜菜在胁迫后期该蛋白大量出现,推测其可能参与了抗旱过程。质谱分析表明其主要成分为核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶,在水分胁迫过程中可对光合作用进行调控来增强对干旱的适应性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 水分代谢与植物抗旱性
• 1.2.2 形态指标与植物抗旱性
• 1.2.3 渗透调节与植物抗旱性
• 1.2.4 活性氧清除与植物抗旱性
• 1.2.5 光合作用与植物抗旱性
• 1.2.6 内源激素与植物抗旱性
• 1.2.7 分子技术应用与植物抗旱性
• 1.2.8 胁迫诱导蛋白与植物抗旱性
• 1.2.9 展望
• 1.3 研究的主要内容和技术路线
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 甜菜苗期抗旱鉴定指标筛选及其综合评价
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.1.3 测定指标与方法
• 2.1.4 数据统计与分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 供试甜菜种质抗旱性直接评价
• 2.2.2 甜菜种质资源各指标间方差分析
• 2.2.3 多形态指标的抗旱性间接综合评价
• 2.2.4 甜菜种质抗旱性鉴定方法的判别分析及抗旱指标的筛选
• 2.2.5 田间抗旱性评价
• 2.3 讨论与小结
• 2.3.1 讨论
• 2.3.2 小结
• 3 甜菜幼苗抗氧化系统对水分胁迫的响应
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 测定指标与方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 水分胁迫对保护酶系统含量变化及基因表达的影响
• 3.2.2 水分胁迫对非保护酶系统抗氧化物质的影响
• 3.2.3 水分胁迫对甜菜细胞膜透性的影响
• 3.3 讨论与小结
• 3.3.1 讨论
• 3.3.2 小结
• 4 水分胁迫下甜菜幼苗保水能力及渗透调节作用的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.1.3 测定指标与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 水分胁迫下叶片相对含水量变化
• 4.2.2 水分胁迫下叶片水分饱和亏变化
• 4.2.3 水分胁迫下叶片自由水与束缚水变化
• 4.2.4 水分胁迫下叶片渗透势变化
• 4.2.5 水分胁迫下甜菜可溶性糖含量变化
• 4.2.6 水分胁迫下甜菜可溶性蛋白含量变化
• 4.2.7 水分胁迫下甜菜游离脯氨酸含量变化
• 4.2.8 水分胁迫下甜菜甜菜碱含量变化
• 4.2.9 水分胁迫对吡咯啉-5-羧酸氧化酶、甜菜碱醛脱氢酶基因表达的影响
• +含量变化'>4.2.10 水分胁迫下甜菜 K⁺含量变化
• 4.3 讨论与小结
• 4.3.1 讨论
• 4.3.2 小结
• 5 水分胁迫下甜菜幼苗光合作用的研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验方法
• 5.1.3 测定指标与方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 水分胁迫下甜菜光合作用各指标的变化
• 5.2.2 水分胁迫下甜菜叶绿素荧光参数的变化
• 5.3 讨论与小结
• 5.3.1 讨论
• 5.3.2 小结
• 6 水分胁迫下甜菜幼苗内源激素 IAA、ABA 的调控机制研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验材料
• 6.1.2 试验方法
• 6.1.3 测定指标与方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 水分胁迫下甜菜叶片、根系 IAA 含量变化
• 6.2.2 水分胁迫下甜菜叶片、根系 ABA 含量变化
• 6.2.3 水分胁迫对甜菜9–顺环氧类胡萝卜素双加氧酶基因表达的影响
• 6.3 讨论与小结
• 6.3.1 讨论
• 6.3.2 小结
• 7 水分胁迫下甜菜幼苗体内蛋白组分变化规律的研究
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 试验材料
• 7.1.2 试验方法
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 SDS-PAGE 电泳图谱分析
• 7.2.2 水分敏感蛋白质谱序列分析
• 7.3 讨论
• 8 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介