本文關鍵詞：硅營養(yǎng)影響不同基因型水稻抗蟲性的機理

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【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的糧食作物之一,在我國糧食生產(chǎn)中占有極其重要的位置。咀嚼式口器昆蟲稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocis medinalis, rice leaf floder,LF)是水稻專食性害蟲,可對水稻產(chǎn)量造成極大的損害。水稻是典型的硅(Silicon,Si)積累型植物,其中水稻對硅營養(yǎng)的吸收是通過Lsi1轉運蛋白完成的,經(jīng)鑒定Lsil基因的表達僅在根基部內(nèi)皮層和外皮層的外端表達,所以Lsi基因在根基部的表達對水稻吸收硅起到至關重要的作用。硅既增加宿主植物的物理抗性,又可誘導宿主植物產(chǎn)生化學抗性。茉莉酸及其類似物茉莉酸甲酯等(統(tǒng)稱jasmonates,JAS)是一類植物激素,普遍存在于植物體內(nèi),是植物體內(nèi)重要防御信號物質,在抗蟲反應中起到重要的作用。本論文以OsLsil基因的RNA干涉(RNA interference,RNAi)轉基因水稻為研究材料,以相應的野生型(WT)水稻為對照材料,在水培條件下,以施硅(Si+)和不施硅(Si-)處理,比較兩個水稻材料在稻縱卷葉螟取食后的一系列生理生化和信號轉導途徑響應上的差異,進而揭示硅營養(yǎng)影響水稻抗蟲性的機理,為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用硅肥來提高抗蟲性,減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染和保證糧食安全提供理論指導。主要研究結果如下：1.首先,發(fā)現(xiàn)施硅促進水稻生長,具體表現(xiàn)為地上部株高和地下部根長均有所增長。進一步檢測發(fā)現(xiàn)施硅處理的水稻葉片硅含量和根系硅吸收量也顯著升高,尤其是施硅后發(fā)現(xiàn)野生型水稻比OsLsil-RNAi材料的吸收更多的硅。此外與抗蟲物理防御相關的蠟質含量在施硅處理的野生型(WT+Si)中最高,均顯著高于RNAi+Si.WT和RNAi處理。生物測定表明,稻縱卷葉螟取食WT+Si處理的水稻葉片后,害蟲體重增量分別比取食RNAi+Si.WT和RNAi處理的減少了55.3%、46.3%和63.4%,說明硅在水稻植株內(nèi)的沉積確實可以提高植株的抗蟲性。2.其次,進一步檢測了被稻縱卷葉螟取食后的水稻植株葉片和根系中防御酶及保護酶活性,發(fā)現(xiàn)過氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)活性分別在12 h、24 h和48 h達到最高值。其中稻縱卷葉螟取食施硅的野生型水稻(WT+Si)葉片中POD酶活性最高,在24h時達到最大值,而RNAi+Si.WT和RNAi三個處理間POD酶活性無顯著差異；根系中POD酶活性與葉片中POD酶活性變化趨勢相似,呈現(xiàn)先升高后降低趨勢。水稻葉片和根系中的PPO酶活性則都在蟲害取食后的12h達到最大值,WT+Si處理植株的PPO酶活性顯著高于其他三個處理。雖然蟲害取食未施硅的野生型水稻(WT)后也能誘導葉片和根系中的SOD酶活升高,但施硅后能更顯著提高野生型水稻的SOD酶活性,進而提高其抗蟲性。水稻葉片和根系中的CAT酶活性變化趨勢相似,蟲害取食也同樣誘導WT+Si處理中的CAT酶活性顯著提高。與此同時,研究發(fā)現(xiàn)丙二醛(MDA)含量在蟲害取食的WT+Si處理中含量最低,在RNAi處理中含量最高。而游離脯氨酸含量在蟲害取食24h后的WT+Si處理中最高�？梢�,通過對野生型和OsLsil基因的RNA干涉材料進行施硅和不施硅處理,進一步證明硅營養(yǎng)在植物抗蟲中扮演著非常重要的角色。3.最后,用實時熒光定量PCR在分子水平上檢測了與咀嚼式口器昆蟲相關的JA信號轉導途徑關鍵基因的相對表達量。結果表明,稻縱卷葉螟取食可誘導水稻葉片和根系OsLOX、OsAOS和COR-INSENSITIVE1 (COI1a和COI1b)基因表達,且發(fā)現(xiàn)蟲害取食預先進行施硅處理的水稻,基因的誘導表達量高。此外,也檢測了影響昆蟲消化的胰蛋白酶抑制劑基因(OsBBPI)的誘導表達量,發(fā)現(xiàn)蟲害取食預先施硅處理的水稻,可顯著誘導該基因表達,且誘導表達量在WT+Si處理中最高,在沒有施硅的RNAi材料中最低。另外還發(fā)現(xiàn)單獨施硅對水稻OsBBPI,OsLOX,OsAOS,OSCOI1a,OsCOI1b基因的表達幾乎不產(chǎn)生影響,而OsLsi1基因的表達卻與硅處理呈正相關,與稻縱卷葉螟的取食與否不相關。本論文在分子水平上明確了硅在抗咀嚼式口器昆蟲中的重要作用。
【關鍵詞】：水稻 硅 稻縱卷葉螟 防御酶 抗蟲性相關基因
【學位授予單位】：福建農(nóng)林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S435.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 1. 緒論14-24
• 1.1 研究背景14
• 1.2 稻縱卷葉螟的危害14-15
• 1.3 硅元素在土壤中的含量及在植株內(nèi)的分布15-16
• 1.4 硅肥的發(fā)展及應用16
• 1.5 Low silicon rice1(Lsi1)基因對硅的吸收及運輸16-18
• 1.6 國內(nèi)外硅營養(yǎng)研究進展18-21
• 1.6.1 硅對植物生長的影響18
• 1.6.2 硅對植物光合及蒸騰作用的影響18-19
• 1.6.3 硅對植物抗生物脅迫的影響19-20
• 1.6.4 硅對植物抗非生物脅迫的影響20-21
• 1.7 植物防御及茉莉酸信號轉導途徑21-22
• 1.8 硅調(diào)節(jié)植物的抗蟲性機制22-23
• 1.9 研究目的、意義及技術路線23-24
• 2. 施硅與稻縱卷葉螟為害對水稻生長和抗蟲性的影響24-33
• 2.1 材料與方法24-26
• 2.2 測定指標及方法26-28
• 2.2.1 水稻生長及蠟質含量的測定26
• 2.2.2 水稻硅含量及抗蟲性生物測定26-28
• 2.3 數(shù)據(jù)處理28
• 2.4 結果與分析28-32
• 2.4.1 施硅對水稻生長及蠟質含量的影響28-30
• 2.4.2 施硅對水稻硅積累及抗蟲性的影響30-32
• 2.5 結論32-33
• 3. 施硅與稻縱卷葉螟為害對水稻生理生化的影響33-45
• 3.1 材料與方法33-34
• 3.2 測定指標與方法34-36
• 3.2.1 水稻植株體內(nèi)游離脯氨酸含量的測定34
• 3.2.2 水稻植株體內(nèi)丙二醛(MDA)含量的測定34
• 3.2.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定34-35
• 3.2.4 過氧化氫酶(CAT)活性的測定35
• 3.2.5 多酚氧化酶(PPO)活性的測定35-36
• 3.2.6 過氧化物酶(POD)活性的測定36
• 3.3 數(shù)據(jù)處理36
• 3.4 結果與分析36-45
• 3.4.1 施硅及蟲害取食對水稻葉片游離脯氨酸含量的影響36-37
• 3.4.2 施硅及蟲害取食對水稻葉片和根系丙二醛(MDA)活性影響37-39
• 3.4.3 施硅及蟲害取食對水稻葉片和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響39-40
• 3.4.4 施硅及蟲害取食對水稻葉片和根系過氧化氫酶(CAT)活性的影響40-42
• 3.4.5 施硅及蟲害取食對水稻葉片和根系多酚氧化酶(PPO)活性的影響42-43
• 3.4.6 施硅及蟲害取食對水稻葉片和根系過氧化物酶(POD)活性的影響43-45
• 3.5 結論45
• 4. 施硅與稻縱卷葉螟為害后水稻Lsi1基因和防御基因的誘導表達45-59
• 4.1 材料與方法45-46
• 4.2 水稻總RNA的提取及雙鏈cDNA的合成46-48
• 4.3 Real-Time PCR引物及測定表達的目的基因48-50
• 4.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計方法50
• 4.5 施硅對稻縱卷葉螟取食后水稻根系中Lsi1基因誘導表達50-52
• 4.6 施硅及蟲害取食對胰蛋白酶抑制劑合成酶基因(BBPI)的誘導表達52-53
• 4.7 施硅及蟲害取食對JA途徑相關基因的誘導表達53-58
• 4.8 結論58-59
• 討論59-61
• 參考文獻61-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文69
• 攻讀碩士期間獲獎情況69

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