【摘要】：研究不同品種馬鈴薯鎘富集能力的影響因素,能了解環(huán)境因素、品種自生因素對馬鈴薯鎘富集能力的影響;根據(jù)品種間鎘富集能力的差異,篩選6個品種(3個高富集品種,3個低吸收品種)進(jìn)行不同程度鎘脅迫抗性試驗(yàn)。探討、鑒定這6個品種品種馬鈴薯發(fā)稞期抗鎘能力,并建立抗鎘強(qiáng)度的數(shù)學(xué)評價(jià)模型,同時(shí)通過轉(zhuǎn)錄組測序和生物信息學(xué)分析找出調(diào)控馬鈴薯高抗、低吸收、高富集的功能基因和轉(zhuǎn)錄因子。為品種選育、土壤修復(fù)及食品安全提供理論依據(jù)。90個馬鈴薯品種富集系數(shù)的變異系數(shù)為1.24,初步驗(yàn)證不同品種馬鈴薯抗鎘能力存在差異。另外隨機(jī)挑選10對馬鈴薯及相應(yīng)土壤為實(shí)驗(yàn)對象,每種馬鈴薯種植于3種不同土壤環(huán)境。以多因素方差分析法分析土壤鎘遷移能力及影響因素;用K均值聚類法(聚類指標(biāo):pH、有機(jī)質(zhì)、CEC、總鎘、有效鎘)、T-檢驗(yàn)分析不同土類下,同種馬鈴薯鎘富集能力;同種土類下,不同種馬鈴薯鎘富集能力結(jié)果表明:土壤有效鎘含量的差異主要受到總鎘和土壤理化性質(zhì)的綜合影響。土壤總鎘越高、pH越低的區(qū)域P=5.639e-0.5,有效鎘明顯偏大,馬鈴薯鎘富集能力增強(qiáng);另外共有5種聚類土壤,7種塊莖鎘含量差異。威芋5號在第二類土壤中,含量為0.061mg/kg,在第三類土壤中,含量為0.091mg/kg等也表明外界環(huán)境對馬鈴薯富集鎘能力有影響;而在第一類土壤中,宣薯2號(a)富集能力最強(qiáng),云薯505(e)最弱。說明品種因素也能影響馬鈴薯富集鎘的能力。依據(jù)不同馬鈴薯富集系數(shù)、生物有效性選出6個品種進(jìn)行抗鎘盆栽試驗(yàn)。采用盆栽沙培方式,設(shè)置正常組(CK)、短期鎘脅迫(S)和長期鎘脅迫(L)三個處理,對6個不同馬鈴薯品種在不同處理下的株高、最大節(jié)間距、分蘗數(shù)等農(nóng)藝性狀及光合能力、葉片酶活性18個等生理生化指標(biāo)進(jìn)行測定。利用隸屬函數(shù)法、主成分分析和聚類分析對各馬鈴薯品種抗鎘能力進(jìn)行綜合評價(jià),并用逐步回歸分析建立最優(yōu)回歸方程進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對馬鈴薯抗鎘能力的預(yù)測與鑒定。差異性分析結(jié)果表明鎘脅迫對馬鈴薯各指標(biāo)均有顯著影響。以主成分分析將這些指標(biāo)轉(zhuǎn)化為5個相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)(累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.55%),并算出單個因子抗鎘貢獻(xiàn)率及6個品種抗鎘能力(D);將D值作因變量,各指標(biāo)抗鎘系數(shù)作自變量進(jìn)行逐步回歸分析。篩選出葉綠素b、CAT、ETR這3項(xiàng)對馬鈴薯耐鎘能力有影響的指標(biāo),預(yù)測結(jié)果與D值極顯著相關(guān)(調(diào)整R~2=0.940~(**)),表明用此方程對馬鈴薯抗鎘特性進(jìn)行預(yù)測具有一定的準(zhǔn)確性及高效性,能簡單化馬鈴薯抗鎘特性的鑒定工作;將不同品種抗鎘能力聚類分析得出參試品種分為3大類型,即威芋7號、云薯801為抗鎘型品種;云薯505、畢薯2號、LZ川為中間型品種;青薯9號為不耐鎘品種。根據(jù)聚類結(jié)果挑選抗鎘能力最強(qiáng)3個品種葉片轉(zhuǎn)錄組測序。使用Illumina平臺RNA-Seq來分析11個不同時(shí)間、不同鎘濃度處理馬鈴薯的cDNA文庫。以有參轉(zhuǎn)錄組分析為標(biāo)準(zhǔn),確定了3458個和3422個對鎘敏感的上調(diào)基因和下調(diào)基因。其中31個基因和49個基因的核心組同時(shí)在所有樣本上調(diào)或下調(diào)。此外,ManMap分析表明,在短期脅迫組中,品種的不同導(dǎo)致差異基因行為不一致;在長期脅迫組中,品種間差異基因的行為較一致。較自身空白組,短期脅迫的差異基因主要發(fā)生在在光合系統(tǒng)、激素系統(tǒng)和氧化還原系統(tǒng);而長期脅迫組則涉及到植物體各個系統(tǒng)中。從不同處理組涉及差異基因表明,由于與光合相關(guān)基因的發(fā)生變化導(dǎo)致其性狀(光合速率、熒光參數(shù))下降;而與激素系統(tǒng)、氧化還原系統(tǒng)等基因變化有可能是響應(yīng)或者鎘脅迫產(chǎn)生的影響。另外,共表達(dá)基因集合、共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析、Cytospace網(wǎng)絡(luò)分析得到的候選基因經(jīng)透視化后獲得10個轉(zhuǎn)錄調(diào)控模塊,這些模塊主要行使物質(zhì)合成、光合作用、物質(zhì)修復(fù)功能。同時(shí)根據(jù)共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)GG、MS值獲得核心基因共1152個,其中包含72個與鎘脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子家族、植物激素合成及控制離子通道等候選基因,它們可能是葉片中的主要調(diào)控中心。此外本批轉(zhuǎn)錄組中共有46000條轉(zhuǎn)錄本,共包含22個NAC家族,而核心基因中發(fā)現(xiàn)10個NAC家族的轉(zhuǎn)錄因子隨著脅迫程度的加深、馬鈴薯抗鎘能力的增加而表達(dá)量增高。這些發(fā)現(xiàn)有利于進(jìn)一步了解馬鈴薯抗鎘的分子機(jī)制,有助于改良馬鈴薯。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X53;S532
【圖文】：

技術(shù)路線示意圖

圖 2-1 土壤-馬鈴薯樣品分布圖2.1.2 樣品測定土壤 pH 值采用水浸提-電位法( 水土比為 2.5mL:1g) 測定;土壤有機(jī)質(zhì)、CEC 的測定方法參《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析》［51］；土壤總鎘采用硝酸-高氯酸-氫氟酸高壓密閉罐消解、土壤不同形態(tài)鎘采用 BCR 法測定、馬鈴薯中鎘采用 HNO3-HCLO4高壓密閉罐消解，石墨爐原子吸收法測定消煮樣品鎘含量，分析過程中加入國家土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) GSS-5 和 GSF-3 進(jìn)行質(zhì)量控制。2.1.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)分析與作圖采用 SPSS20.0,EXCEL2007 和 R 語言軟件。2.2 結(jié)果與討論

馬鈴薯鎘(mg/kg) 0.006 0.164 0.03 0.021 0.7富集系數(shù)(%) 32.08 0.41 0.024 0.035 1.422.2.2 不同品種馬鈴薯鎘富集狀況及影響因素分析如圖 2-2 所示，研究區(qū)域土壤總鎘為 0.704～1.970mg/kg，均值為 1.394 mg/kg，變異系數(shù) 25％。進(jìn)行 CaCl2、BCR（回收率 86％～108％）分級提取有效鎘、弱酸態(tài)鎘占總鎘比例為 26％～56％、28％～58％。有效鎘和弱酸態(tài)鎘相關(guān)系數(shù) R=0.97，表明用單一提取劑 CaCl2提取有效鎘與 BCR 提取的有效鎘效果幾乎一致，而 CaCl2提取效果偏低于 BCR 提取效果主要是不同提取劑提取土壤鎘能力差異。馬鈴薯塊莖鎘含量為 0.030～0.146mg/kg，均值 0.086mg/kg，變異系數(shù)為 34㳠。對 10 個不同品種馬鈴薯鎘含量進(jìn)行顯著性差異分析,獲得 7 個差異類別：a＞ab＞bc＞bcd＞cd＞de＞e。其中宣薯 2 號(a)平均鎘含量最大，為 0.130 mg/kg；云薯 505(e)平均鎘含量最低，僅 0.039 mg/kg，詳見圖 3。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2771831