【摘要】：干旱是全球影響植物生長和農業(yè)生產的重要非生物脅迫之一。目前干旱脅迫在自然和農業(yè)環(huán)境中反復發(fā)生。因此,發(fā)展作物耐旱性是實現(xiàn)經濟增長的必要條件。在這方面,最有效和最好的方法是開發(fā)耐旱植物物種。在棉花等重要的經濟作物中,鑒定耐旱遺傳資源,了解其耐旱機理是十分必要的。棉花不僅是工業(yè)纖維作物,其種子富含蛋白質(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特的禮物。相比其他作物棉花的抗旱能力稍大,但其生長和生產也極大的受到干旱脅迫的影響。為此,本研究以三個棉種(陸地棉、海島棉和亞洲棉)為材料,用轉錄組分析技術研究了棉花耐旱脅迫的相關異基因和關鍵途徑,旨在闡明的耐干旱的生理和分子機制。主要的研究結果如下:1棉花耐旱的分子和生理生化特征水是作物各個生長階段所必需的,缺水的干旱脅迫嚴重影響了棉花的生長和生產因此,研究和尋找棉花等重要經濟作物的耐旱機制和耐旱遺傳資源是十分必要的。本研究在標準種植條件下,對TM-1(陸地棉)、中棉-16(亞洲棉)和Pima4-s(海島棉)三個不同棉種的不同生長指標進行了分子和生理生化分析。干旱脅迫顯著降低了植物生長速度、葉綠素含量、凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、PSII的最大光化學效率(Fv/Fm)和相對含水量。TM-1比其他兩個棉種具有更強的耐受性,表現(xiàn)為脯氨酸、可溶性蛋白質、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構的完整性。在干旱條件下,TM-1體內ERF、ERFB、DREB、WRKY6、ZFP1、FeSOD、CuZn,SOD、MAPKKK17、P5CR和PRP5等干旱響應基因的相對表達水平都顯著增加,表明TM-1比中棉-16和Pima4-S具有更強的干旱耐受性。這項研究的結果可用于預測耐旱棉花的基因型以及培育棉花新種質。干旱脅迫條件下三個棉種在生理過程及關鍵途徑中的轉錄組比較分析2.干旱脅迫條件下三個棉種在生理過程及關鍵途徑中的轉錄組比較分析干旱是嚴重影響世界棉花生長和生產的非生物脅迫之一。然而,棉花耐旱性的分子 機制和調控基因尚不明確。本研究采用高通量測序技術,研究了三個棉(TM-1、中棉-16和Pima4-s)在干旱脅迫下的基因表達圖譜。共鑒定出6968個差異表達基因,其中TM-1為2053基因,中棉-16為742個基因,Pima4-s為4173個基因。在基因本體分析中,對總差異表達基因進行了注釋,并對其進行功能分組。耐旱棉種(TM-1)顯示出干旱脅迫下植物激素信號轉導和代謝途徑的富集,發(fā)現(xiàn)與ICE1、MYB44、FAMA等乙烯反應基因相關的多種轉錄因子在干旱脅迫耐受中起著關鍵作用。干旱還導致與脫落酸(ABA)反應有關基因(NCED、PYL、PP2C和SRK2E),與ROS相關的小熱休克蛋白基因,以及18.1 KDa、YLS3、ODORANT1等功能基因的表達發(fā)生重大變化。這些研究結果有利于更深入地了解棉花適應干旱脅迫的分子機制。3.生殖期干旱對三個棉種形態(tài)、生理生化參數(shù)、產量和纖維品質的影響干旱是抑制棉花生長發(fā)育的有害非生物脅迫,對其營養(yǎng)階段、生殖階段、葉片生理、分子反應和代謝的影響也在研究。然而,基于生殖階段反應的耐受棉種評估尚未進行廣泛的試驗,因此本研究的目的是評估干旱對三個棉種生殖階段的影響。據(jù)推測,干旱脅迫會在生殖階段對這些棉花品種產生影響,但耐受棉種會更有效地改善反應,并能產生較好的棉花產量。為研究這一假設,2016年6月在中國杭州市紫金港校區(qū)浙江大學試驗田進行了 10天的生殖階段干旱田間試驗。干旱脅迫對植株高度、總干重、生長參數(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節(jié)滲透壓來調節(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在干旱脅迫下產生較高的籽棉產量,也影響馬克隆值(纖維細度)、伸長率、強度和衣分。實驗表明,在生殖階段干旱對棉花植株的影響更為嚴重,但耐受品種總是比敏感品種更有效地克服了應激相關的局限性。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S562
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本文編號：2644723