【摘要】：干旱是全球影響植物生長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要非生物脅迫之一。目前干旱脅迫在自然和農(nóng)業(yè)環(huán)境中反復(fù)發(fā)生。因此,發(fā)展作物耐旱性是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的必要條件。在這方面,最有效和最好的方法是開發(fā)耐旱植物物種。在棉花等重要的經(jīng)濟(jì)作物中,鑒定耐旱遺傳資源,了解其耐旱機(jī)理是十分必要的。棉花不僅是工業(yè)纖維作物,其種子富含蛋白質(zhì)(20-40%)和油脂(18-24%),在飼料和油料工業(yè)中也發(fā)揮著重要作用。棉花被稱為“白金”,它是大自然給人類最獨(dú)特的禮物。相比其他作物棉花的抗旱能力稍大,但其生長(zhǎng)和生產(chǎn)也極大的受到干旱脅迫的影響。為此,本研究以三個(gè)棉種(陸地棉、海島棉和亞洲棉)為材料,用轉(zhuǎn)錄組分析技術(shù)研究了棉花耐旱脅迫的相關(guān)異基因和關(guān)鍵途徑,旨在闡明的耐干旱的生理和分子機(jī)制。主要的研究結(jié)果如下:1棉花耐旱的分子和生理生化特征水是作物各個(gè)生長(zhǎng)階段所必需的,缺水的干旱脅迫嚴(yán)重影響了棉花的生長(zhǎng)和生產(chǎn)因此,研究和尋找棉花等重要經(jīng)濟(jì)作物的耐旱機(jī)制和耐旱遺傳資源是十分必要的。本研究在標(biāo)準(zhǔn)種植條件下,對(duì)TM-1(陸地棉)、中棉-16(亞洲棉)和Pima4-s(海島棉)三個(gè)不同棉種的不同生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行了分子和生理生化分析。干旱脅迫顯著降低了植物生長(zhǎng)速度、葉綠素含量、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、PSII的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和相對(duì)含水量。TM-1比其他兩個(gè)棉種具有更強(qiáng)的耐受性,表現(xiàn)為脯氨酸、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖、過氧化氫(H202)和超氧自由基(O2·-)的積累顯著增加。此外,TM-1在干旱條件下還保持了葉綠體結(jié)構(gòu)的完整性。在干旱條件下,TM-1體內(nèi)ERF、ERFB、DREB、WRKY6、ZFP1、FeSOD、CuZn,SOD、MAPKKK17、P5CR和PRP5等干旱響應(yīng)基因的相對(duì)表達(dá)水平都顯著增加,表明TM-1比中棉-16和Pima4-S具有更強(qiáng)的干旱耐受性。這項(xiàng)研究的結(jié)果可用于預(yù)測(cè)耐旱棉花的基因型以及培育棉花新種質(zhì)。干旱脅迫條件下三個(gè)棉種在生理過程及關(guān)鍵途徑中的轉(zhuǎn)錄組比較分析2.干旱脅迫條件下三個(gè)棉種在生理過程及關(guān)鍵途徑中的轉(zhuǎn)錄組比較分析干旱是嚴(yán)重影響世界棉花生長(zhǎng)和生產(chǎn)的非生物脅迫之一。然而,棉花耐旱性的分子 機(jī)制和調(diào)控基因尚不明確。本研究采用高通量測(cè)序技術(shù),研究了三個(gè)棉(TM-1、中棉-16和Pima4-s)在干旱脅迫下的基因表達(dá)圖譜。共鑒定出6968個(gè)差異表達(dá)基因,其中TM-1為2053基因,中棉-16為742個(gè)基因,Pima4-s為4173個(gè)基因。在基因本體分析中,對(duì)總差異表達(dá)基因進(jìn)行了注釋,并對(duì)其進(jìn)行功能分組。耐旱棉種(TM-1)顯示出干旱脅迫下植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和代謝途徑的富集,發(fā)現(xiàn)與ICE1、MYB44、FAMA等乙烯反應(yīng)基因相關(guān)的多種轉(zhuǎn)錄因子在干旱脅迫耐受中起著關(guān)鍵作用。干旱還導(dǎo)致與脫落酸(ABA)反應(yīng)有關(guān)基因(NCED、PYL、PP2C和SRK2E),與ROS相關(guān)的小熱休克蛋白基因,以及18.1 KDa、YLS3、ODORANT1等功能基因的表達(dá)發(fā)生重大變化。這些研究結(jié)果有利于更深入地了解棉花適應(yīng)干旱脅迫的分子機(jī)制。3.生殖期干旱對(duì)三個(gè)棉種形態(tài)、生理生化參數(shù)、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響干旱是抑制棉花生長(zhǎng)發(fā)育的有害非生物脅迫,對(duì)其營(yíng)養(yǎng)階段、生殖階段、葉片生理、分子反應(yīng)和代謝的影響也在研究。然而,基于生殖階段反應(yīng)的耐受棉種評(píng)估尚未進(jìn)行廣泛的試驗(yàn),因此本研究的目的是評(píng)估干旱對(duì)三個(gè)棉種生殖階段的影響。據(jù)推測(cè),干旱脅迫會(huì)在生殖階段對(duì)這些棉花品種產(chǎn)生影響,但耐受棉種會(huì)更有效地改善反應(yīng),并能產(chǎn)生較好的棉花產(chǎn)量。為研究這一假設(shè),2016年6月在中國(guó)杭州市紫金港校區(qū)浙江大學(xué)試驗(yàn)田進(jìn)行了 10天的生殖階段干旱田間試驗(yàn)。干旱脅迫對(duì)植株高度、總干重、生長(zhǎng)參數(shù)和生理參數(shù)有顯著影響(P0.05),但不同棉種受影響的強(qiáng)度有明顯不同。在干旱脅迫條件下,與其他兩種基因型(亞洲棉“中棉-16”和海島棉“Pima4-s”)相比,陸地棉“TM-1”基因型中的丙氨酸含量和可溶性糖均有增加,這表明棉花在危急條件下可通過調(diào)節(jié)滲透壓來調(diào)節(jié)其耐受性。在TM-1基因型中,SOD、POD、CAT和APX等酶均顯著增加(P0.05),H2O2、O2·-和MDA的積累程度較低,也表明TM-1基因型耐旱水平較高。而且,TM-1在干旱脅迫下產(chǎn)生較高的籽棉產(chǎn)量,也影響馬克隆值(纖維細(xì)度)、伸長(zhǎng)率、強(qiáng)度和衣分。實(shí)驗(yàn)表明,在生殖階段干旱對(duì)棉花植株的影響更為嚴(yán)重,但耐受品種總是比敏感品種更有效地克服了應(yīng)激相關(guān)的局限性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S562
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本文編號(hào)：2644723