油菜抗旱指标筛选及抗旱相关基因的表达分析

论文摘要

油菜是我国重要的油料作物之一。干旱是严重影响油菜生长、限制油菜产量的主要因素。鉴定和培育抗旱品种是减少干旱造成生产损失的有效途径之一。本实验对20个不同来源甘蓝型油菜品种（系）分别在芽期和苗期进行干旱处理,并对各生育期形态及生理生化等性状特征进行了系统研究和分析,初步建立了油菜芽期和苗期抗旱性鉴定指标体系。芽期实验中,我们以20个油菜品种（系）为材料,用不同浓度（0、5%、10%、15%、20%）的PEG-6000高渗透溶液对油菜幼苗进行模拟干旱胁迫处理。综合考虑根长、芽长、总苗长、根冠比、根鲜重、芽鲜重、总鲜重、根干重、芽干重、总干重共10个指标,发现20%PEG-6000浓度处理下各指标值与对照之间呈现显著性差异,同时在此浓度下各指标相对值在不同品种之间呈现出最大的变异系数,因此我们认为20%的PEG-6000为油菜芽期耐旱性鉴定的最适处理浓度,从而建立了油菜室内PEG-6000模拟干旱体系。在20%的PEG-6000处理浓度下,芽期油菜在根、芽长度及鲜重指标值显著降低,根冠比及干重显著升高。脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、超氧化物岐化酶（SOD）酶活性、过氧化氢酶（CAT）酶活性相对值与油菜芽期生理总抗旱级别呈显著或极显著相关。主成分分析表明,芽苗总长,总鲜重,总干重、脯氨酸含量及SOD酶活性相对值5个指标可作为芽期油菜抗旱的鉴定指标。在水分胁迫下,苗期油菜叶片中脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性、过氧化物酶（POD）活性、SOD酶活性、CAT酶活性6个生理指标均显著升高。运用隶属函数综合评判法将各生理指标结合在一起对苗期油菜抗旱性进行综合评价,并结合相关性分析表明, APX酶活性、SOD酶活性、CAT酶活性及可溶性蛋白含量与油菜的抗旱性显著相关,可作为苗期油菜抗旱性鉴定指标。对以上4个指标进行回归分析,建立苗期抗旱性鉴定的数学模型：Y=-1.059+0.281x1+0.776x2+0.112x3（式中：Y代表抗旱总级别D值,x1、x2、x3分别代表APX活性、SOD活性、可溶性蛋白含量相对值）。运用该数学模型可对不同油菜品种苗期抗旱性进行辅助预测。水分胁迫下植物通过降低叶片气孔蒸腾来减少体内水分散失而增强抗旱性,水分的蒸腾散失会带走热量而使叶面温度下降。本实验利用远红外成像技术检测水分胁迫下油菜叶面温度变化。实验结果表明,水分胁迫条件下抗旱性强的品种叶面温度高于抗旱性弱的品种。干旱成活率实验结果表明,在严重干旱条件下,实验前期筛选到的苗期抗旱性强的品种3、4、10、16号具有较高的存活率,抗旱性弱的品种15、20号的存活率较低,从而证明前期油菜抗旱性鉴定方法是可行的。水分胁迫下,与拟南芥NCED3、CBF3、ADHl、ABA2基因类似的油菜基因表达量均有所上升,这些基因可能与油菜芽期抗旱性有关。但基因的克隆与抗旱分子机制有待进一步研究。

论文目录

• 主要英文缩写表
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 前言
• 1.1 干旱胁迫对植物的伤害
• 1.1.1 干旱抑制植物生长发育
• 1.1.2 干旱抑制植物光合作用
• 1.1.3 活性氧积累及膜脂过氧化
• 1.2 植物的抗旱机理
• 1.2.1 植物渗透调节与耐旱
• 1.2.2 抗氧化保护性物质
• 1.2.3 植物激素与植物抗旱性
• 1.2.4 植物的形态结构及气孔运动
• 1.2.5 水分胁迫诱导蛋白
• 1.3 植物抗旱相关基因的研究
• 1.4 作物抗旱性鉴定
• 1.4.1 作物抗旱性的研究方法
• 1.4.2 作物抗旱性的鉴定指标
• 1.5 本研究的目的和意义
• 2 材料与方法
• 2.1 植物材料
• 2.2 试剂与药品
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验所用引物
• 2.3 PEG-6000高渗溶液配制
• 2.4 甘蓝型油菜芽期PEG-6000模拟干旱体系建立及形态指标测定
• 2.5 甘蓝型油菜芽期抗旱性生理指标的测定
• 2.5.1 材料处理
• 2.5.2 生理指标的测定方法
• 2.6 甘蓝型油菜苗期抗旱性生理指标的测定
• 2.6.1 材料处理
• 2.6.2 生理指标的测定方法
• 2.7 甘蓝型油菜苗期叶温远红外成像分析
• 2.7.1 材料处理
• 2.7.2 远红外热成像图获取
• 2.8 甘蓝型油菜苗期干旱存活率实验
• 2.9 甘蓝型油菜芽期耐旱相关基因的表达分析
• 2.9.1 材料处理
• 2.9.2 油菜RNA的抽提
• 2.9.3 cDNA合成
• 2.9.4 PCR反应
• 2.9.5 引物设计
• 2.10 数据分析方法及公式计算
• 3 结果与分析
• 3.1 甘蓝型油菜PEG-6000模拟干旱体系的建立
• 3.1.1 不同程度渗透胁迫对油菜芽期根长的影响
• 3.1.2 不同程度渗透胁迫对油菜芽长的影响
• 3.1.3 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗总长的影响
• 3.1.4 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗根冠比的影响
• 3.1.5 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗根鲜重的影响
• 3.1.6 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗芽鲜重的影响
• 3.1.7 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗总鲜重的影响
• 3.1.8 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗根干重的影响
• 3.1.9 不同程度渗透胁迫对油菜芽干重的影响
• 3.1.10 不同程度渗透胁迫对油菜芽苗总干重的影响
• 3.2 20%PEG处理下甘蓝型油菜芽期抗旱性及其鉴定指标的筛选
• 3.2.1 芽期抗旱形态指标
• 3.2.2 油菜芽期抗旱生理指标
• 3.2.3 甘蓝型油菜芽期抗旱性鉴定指标的筛选
• 3.2.4 甘蓝型油菜芽期抗旱性品种筛选
• 3.3 甘蓝型油菜苗期抗旱性及其鉴定指标的筛选
• 3.3.1 苗期抗旱的生理指标
• 3.3.2 油菜苗期抗旱性综合评价指标
• 3.3.3 油菜苗期各生理指标与品种抗旱性的关系及抗旱性指标的筛选
• 3.3.4 苗期抗旱油菜品种的筛选
• 3.3.5 油菜苗期抗旱性鉴定回归方程的建立
• 3.3.6 叶片表面温度变化
• 3.3.7 干旱成活率实验
• 3.4 甘蓝型油菜芽期耐旱相关基因的表达初步分析
• 4 讨论
• 4.1 甘蓝型油菜芽期PEG-6000模拟干旱体系的建立
• 4.2 甘蓝型油菜芽期抗旱指标的筛选
• 4.2.1 芽期形态指标与抗旱性
• 4.2.2 芽期生理指标与抗旱性
• 4.2.3 油菜芽期抗旱性鉴定指标的筛选
• 4.3 甘蓝型油菜苗期抗旱性鉴定指标的筛选及抗旱品种的鉴定
• 4.4 甘蓝型油菜芽期耐旱相关基因的表达分析
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢