马铃薯不同品种的抗旱性评价及Fe-SOD基因的研究

论文摘要

干旱胁迫一直以来都是限制农作物生产的主要非生物逆境之一,近年来,旱灾的发生愈加频繁,已经严重影响了粮食安全问题。在我国马铃薯生产区很大一部分是在降雨不均或水资源不足的地区。所以选育抗旱型马铃薯就成为一个重要且必然的课题。其中准确评价马铃薯资源的抗旱性,认知具体的抗旱机理和抗旱性遗传规律,揭示抗旱性遗传背景,对促进我国马铃薯抗旱育种事业具有重要的现实意义。本研究选取了30份不同熟期的马铃薯材料作为试材,通过利用遮雨棚进行人为控水的方法,创造了干旱胁迫和正常浇水两种不同的生长环境,并对这两种条件下的30份马铃薯材料的抗旱性生理生化指标及产量进行了研究。观察水分胁迫后各个指标的变化趋势和不同材料的变化程度。并且通过主成分分析法,对不同熟期材料所测定的生理性状与抗旱性的关系进行了初步定位。继而利用抗旱系数结合模糊数学中的隶属函数值法对其进行抗旱性综合评价,判断不同材料的抗旱能力。以筛选出的5个强抗旱品种和3个弱抗旱品种为材料,提取植株叶片总DNA,利用同源序列法,根据Genbank中已经登陆的茄科植物番茄的Fe-SODmRNA全基因序列,设计一对引物,扩增出一个序列片段,并选择抗旱品种克新19号中的片段产物克隆测序,预测分析其结构功能。主要研究结果如下:1、在严重的水分胁迫条件下,马铃薯块茎产量和一系列的生理生化指标均受到了严重影响,不同材料反应程度有所不同,但变化总体趋势相同。所有材料水分胁迫后的产量与对照相比都表现了极显著的减产。试验测定的生理生化指标,干旱胁迫与正常浇水条件下相比,叶片相对含水量、离体叶片保水力和根系的α-萘胺氧化力表现为降低趋势,丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量则呈现出升高趋势。而且这六项指标与抗旱系数的相关性均达到了显著水平,所以在马铃薯抗旱性评价中起到了重要的作用。2、主成分分析结果表明,所测生理指标在不同熟期马铃薯品种的抗旱性评价中,其影响程度有所差异。离体叶片保水力、SOD活性和丙二醛含量是早熟品种抗旱性评价的关键参数;SOD活性、根系的α-萘胺氧化力和叶片相对含水量是中晚熟品种抗旱能力评价的重要指标;而根系的α-萘胺氧化力、丙二醛含量和叶片相对含水量则是晚熟品种抗旱性评价的重要参数代表。3、应用抗旱系数结合隶属函数值法,对供试的30份马铃薯材料进行抗旱性评价,结果表明:早熟品种成功、中晚熟品种克新2号和克新19号、晚熟材料FL1533和FL1771为高抗旱类型,中晚熟品种克新18号、克新13号和晚熟材料NY-128为低抗旱类型。4、以抗旱品种克新19号的叶片DNA为材料,利用同源序列克隆法,分离得到一个与抗旱相关的基因片段。通过NCBI网站的Blast工具进行序列比对分析发现其与植物的Fe-SOD基因同源性很高,命名为StFe-SOD。该基因已在Genbank上注册,登陆号为EU545469。基因序列长度为1413 bp,推断其含有4个外显子和3个内含子,并且编码了145个氨基酸序列,分子重量为16.255 kDa,等电点是5.88。该序列包含2个编码Fe-SOD蛋白的保守结构域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 马铃薯抗旱性评价方法的研究
• 1.2.1 产量性状指标
• 1.2.2 综合抗旱系数法
• 1.2.3 灰色关联度分析法
• 1.2.4 抗旱性聚类分析法
• 1.2.5 抗旱隶属函数值法
• 1.3 植物抗旱生理生化机制的研究
• 1.3.1 植物形态结构与抗旱性
• 1.3.2 渗透调节能力与抗旱性
• 1.3.3 活性氧的产生与清除
• 1.3.4 根系活力与抗旱性
• 1.3.5 气孔调节与光合和蒸腾作用
• 1.3.6 植物激素与抗旱性
• 1.4 植物抗旱相关基因的研究
• 1.4.1 渗透保护物质生物合成的关键酶基因
• 1.4.2 解毒酶和氧化胁迫相关酶基因
• 1.4.3 植物抗旱相关的蛋白基因
• 1.4.4 感应和转导胁迫信号的蛋白激酶
• 1.4.5 植物抗旱相关的转录因子
• 1.4.6 马铃薯抗旱相关基因的研究
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 植物材料
• 2.1.2 酶及试剂
• 2.1.3 缓冲液及主要试剂配制
• 2.1.4 实验仪器
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验方案
• 2.2.2 抗旱性评价体系的测定指标
• 2.2.3 抗旱性评价方法的确立
• 2.2.4 目的基因片段的克隆
• 3 结果与分析
• 3.1 马铃薯抗旱性评价体系的研究与抗性材料的筛选
• 3.1.1 水分胁迫下块茎产量的反应
• 3.1.2 水分胁迫下生理性状的反应
• 3.1.3 不同熟期供试材料抗旱生理指标的主成分分析
• 3.1.4 试验测定各项指标相关性的研究
• 3.1.5 供试马铃薯材料的抗旱性生理指标综合评价
• 3.2 马铃薯抗旱相关基因的克隆
• 3.2.1 马铃薯StFe-SOD 基因的克隆
• 3.2.2 StFe-SOD 基因的生物信息学分析
• 4 讨论
• 4.1 对于马铃薯抗旱性研究控水方法的探讨
• 4.2 马铃薯抗旱性评价方法的探讨
• 4.3 干旱胁迫对马铃薯生理指标的影响
• 4.4 克隆目的基因引物设计的探讨
• 4.5 马铃薯叶片DNA 的提取
• 4.6 STFE-SOD 序列的结构特征及同源性分析
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文