【摘要】：小麥作為我國(guó)三大糧食作物之一,生長(zhǎng)過(guò)程中容易遭受高溫等多種極端環(huán)境侵襲,從而影響其產(chǎn)量形成,其中干旱是限制我國(guó)小麥產(chǎn)量的主要因素。灌漿期是決定小麥最終產(chǎn)量的重要時(shí)期。研究表明,水分虧缺下穗部器官與旗葉相比具有光合持久性、更強(qiáng)耐旱性和衰老延遲性。因此,闡明干旱條件下小麥穗器官抗旱和高光效生理機(jī)制,可望為耐旱小麥新品種創(chuàng)制提供研究基礎(chǔ)。本研究采用生物信息學(xué)手段,基于小麥基因組數(shù)據(jù),分析小麥C4光合途徑關(guān)鍵酶基因序列。采用盆栽試驗(yàn),選用鄭引1號(hào)小麥品種作為試驗(yàn)材料,研究灌漿期水分虧缺對(duì)小麥旗葉及穗部器官(穎片、外稃)凈光合速率、C3、C4光合途徑關(guān)鍵酶活性、基因表達(dá)模式及其相關(guān)代謝產(chǎn)物的影響。明確小麥旗葉及穗部苞片C4光合途徑關(guān)鍵酶對(duì)水分虧缺的響應(yīng)差異。獲得如下主要結(jié)果:1、灌漿期內(nèi),穗部?jī)艄夂纤俾氏壬蠼?水分虧缺下,小麥旗葉光合速率顯著降低,而穗部?jī)艄夂纤俾式档筒幻黠@,水分虧缺對(duì)小麥旗葉光合速率的影響高于穗部。灌漿期內(nèi),旗葉、穎片及外稃Rubisco羧化酶活性明顯下降,光合能力顯著降低,旗葉中該酶活性降幅高于穎片和外稃。灌漿前期(0-6 DAA),穗部器官(穎片、外稃)C4光合途徑關(guān)鍵酶(PEPC、NADP-MDH、NADP-ME、PPDK)活性呈上升趨勢(shì),花后6 d(6 DAA)達(dá)到峰值,灌漿中后期呈逐漸下降趨勢(shì)。水分虧缺下,與正常供水相比,灌漿中期(12 DAA、18 DAA)穎片和外稃C4光合途徑關(guān)鍵酶活性顯著上升,而旗葉中則下降,且活性明顯低于穎片等穗部苞片。水分虧缺下穗部C4光合途徑關(guān)鍵酶活性升高可能是穗部苞片逆境條件下具有一定生理優(yōu)勢(shì)的內(nèi)在原因。2、通過(guò)從數(shù)據(jù)庫(kù)檢索獲得小麥PEPC等C4光合途徑關(guān)鍵酶基因序列。分析C4植物(玉米、狗尾草)和C3植物(小麥、水稻、二穗短柄草)PEPC等C4光合途徑關(guān)鍵基因進(jìn)化關(guān)系表明,小麥C4光合途徑關(guān)鍵基因與二穗短柄草和水稻的相關(guān)性最高,同時(shí)也與玉米C4光合途徑關(guān)鍵基因序列有一定同源性。水分虧缺下旗葉Rubisco基因表達(dá)明顯下調(diào),但灌漿前期,穎片等穗部器官基因表達(dá)水平顯著上升,表明穗部器官水分虧缺下仍能維持一定的高光效。水分虧下,灌漿前期(1-6 DAA)穎片和外稃中PEPC等C4光合途徑關(guān)鍵酶基因表達(dá)明顯上調(diào),在灌漿中后期仍維持一定水平,且明顯高于旗葉中表達(dá)水平,其結(jié)果與酶活性變化類(lèi)似。水分虧缺能夠從轉(zhuǎn)錄水平增強(qiáng)C4途徑關(guān)鍵酶表達(dá),并在旗葉和穗部苞片中表現(xiàn)出不同表達(dá)模式,可能是水分虧缺對(duì)穗部器官影響較小的分子基礎(chǔ)。3.水分虧缺下小麥旗葉C4光合途徑關(guān)鍵酶代謝途徑的中間產(chǎn)物有機(jī)酸(蘋(píng)果酸、草酰乙酸、檸檬酸、延胡索酸)含量降低,三羧酸循環(huán)(TCA)循環(huán)產(chǎn)物減少。灌漿中期(12 DAA、18 DAA)水分虧缺可誘導(dǎo)穎片和外稃有機(jī)酸含量明顯上升,而旗葉中則下降。灌漿前期穎片和外稃有機(jī)酸含量逐漸上升,6 DAA達(dá)到峰值,而后在灌漿中后期逐漸下降,表現(xiàn)出與相應(yīng)酶活性類(lèi)似趨勢(shì)。說(shuō)明小麥不同器官C4光合途徑關(guān)鍵酶在代謝水平差異明顯,為揭示穗部器官光合的持久性和衰老的延遲性奠定了物質(zhì)代謝基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S512.1

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本文編號(hào)：2702681