干旱条件下硫营养对玉米硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶基因表达的影响

论文摘要

干旱是限制农业生产的重要因素之一,解决干旱问题的重要途径之一就是提高作物自身的抗旱性。硫作为作物所必需的营养元素,在作物的生长代谢过程中起着许多重要的作用。已有研究表明,硫素不仅对植物有直接的营养作用,还可以提高植物的水分利用率,降低与干旱相关的伤害指数,有利于植物对干旱逆境的适应。然而,人们目前对硫营养与提高作物抗旱性的分子机理的认识还十分有限,有待开展系统深入的研究。硫在被植物吸收同化利用的途径中,硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶是最初也是最基础的两个调节部位,研究它们在干旱胁迫条件下的表达情况是了解硫营养对作物抗旱性影响的分子机理的基础。本实验选用水硫敏感型玉米农大108作为试验材料,采用室内水培的方法,通过控制不同的硫水平,探讨了在干旱胁迫条件下硫对玉米硫酸盐转运蛋白基因和ATP硫酸化酶基因表达的调节,取得了以下结果:1.提取玉米根系总RNA,自行设计引物,应用RT-PCR的方法分别克隆了玉米硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶基因片段,将其连入克隆载体pGEM-T easy后测序,测序结果比对发现二者分别属于高亲和型硫酸盐转运蛋白基因片段和一类质体的ATP硫酸化酶基因片段。2.用地高辛随机引物标记试剂盒分别对玉米硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶基因片段进行标记后,对不同水分和硫营养条件下提取的玉米根系总RNA进行斑点杂交。结果显示,硫酸盐转运蛋白基因和ATP硫酸化酶基因的表达受到硫营养的负调控,同时,硫养分胁迫下干旱处理较之正常供水二者的表达有所增加。3.对不同硫水平和水分处理的玉米进行了叶片游离脯氨酸、谷胱甘肽、MDA含量和ATP硫酸化酶活性等生理指标的测定。结果显示,干旱胁迫下有硫处理比无硫处理明显对干旱伤害有更强的适应能力,而且干旱加剧了植株对硫的需求。本文对玉米利用硫养分生理抗旱的分子机理做了初步探讨,同时克隆出了玉米硫酸盐转运蛋白和ATP硫酸化酶基因片段,并进行了序列分析,为制备相关分子探针从分子水平阐明不同环境下中作物硫营养的代谢机理和作物硫营养水平的快速鉴定提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 引言
• 1.1 植物中的硫代谢
• 1.1.1 硫的吸收
• 1.1.2 硫在植物体内的存在方式
• 1.1.3 硫的积累与分配
• 1.1.4 硫酸盐在植物体内的同化途径及其在基因与细胞水平的调控
• 1.1.5 硫和逆境对硫同化的影响
• 1.2 硫的植物学功能
• 1.2.1 硫对生理功能的影响
• 1.2.2 硫对作物品质的影响
• 1.2.3 硫与植物抗逆性
• 1.3 作物缺硫原因分析
• 1.4 硫酸盐转运蛋白研究进展
• 1.4.1 硫酸盐转运蛋白基因的克隆和蛋白信息
• 1.4.2 硫酸盐转运蛋白基因表达的调控机制
• 1.4.3 硫酸盐转运蛋白的功能研究
• 1.4.4 玉米硫酸盐转运蛋白研究进展
• 1.5 ATPS 研究进展
• 1.5.1 ATPS 基因的克隆
• 1.5.2 ATPS 的蛋白信息
• 1.5.3 ATPS 基因表达的调控机制
• 1.5.4 ATPS 的功能研究
• 1.5.5 玉米ATPS 研究进展
• 1.6 NORTHERN 杂交与斑点杂交
• 1.7 研究目的意义与技术路线
• 第二章 玉米硫酸盐转运蛋白和ATPS 基因片段的克隆
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料与试剂
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 RT-PCR 产物的扩增
• 2.2.2 序列分析及同源性比较
• 2.3 讨论
• 第三章 RNA 斑点杂交检测ST 和ATPS 转录水平
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料与试剂
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 斑点杂交检测不同条件下，玉米根系ST m RNA 转录水平的变化
• 3.2.2 斑点杂交检测不同条件下，玉米根系ATPS m RNA 转录水平的变化
• 3.3 讨论
• 第四章 生理试验部分
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 不同处理条件下玉米幼叶中游离脯氨酸含量变化
• 4.2.2 不同处理条件下玉米幼叶中GSH 含量变化
• 4.2.3 不同处理条件下玉米幼叶中MDA 含量变化
• 4.2.4 不同处理条件下玉米幼叶中ATPS 活性变化
• 4.3 讨论
• 第五章 研究的意义、特色及取得的结果
• 5.1 研究的意义
• 5.2 研究的特色
• 5.3 研究所取得的主要结果
• 参考文献
• 附录
• 英文缩略符号与中英文对照表
• 致谢
• 作者简介