本文選題：大麥(Hordeum　切入點(diǎn)：vulgare)　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：氮素(N)是作物生長與產(chǎn)量形成的主要限制因子。然而,過量N肥的施用造成的環(huán)境問題日益嚴(yán)重,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟需減輕對(duì)N肥的依賴。最為有效的解決方法就是培育耐低氮作物品種。因此,開展作物耐低氮的生理及分子機(jī)理研究,揭示作物低氮耐性機(jī)制,具有重要的理論與實(shí)踐價(jià)值。青藏高原一年生野生大麥(Hordeum vulgare L.subsp.spontneum)是我國特有的種質(zhì)資源,具有豐富的遺傳多樣性,對(duì)貧瘠土壤有較高耐性。本研究以此為主要試驗(yàn)材料,研究耐低氮的生理與分子機(jī)理,主要研究結(jié)果如下:1.西藏野生大麥響應(yīng)低氮脅迫的生理學(xué)分析以兩個(gè)低氮耐性不同的野生大麥基因型XZ149(耐低氮)和XZ56(低氮敏感)為試驗(yàn)材料,并以栽培品種浙大9號(hào)(ZD9)為對(duì)照,分析了 2mM(對(duì)照)、0.2mM(低氮)和0mM(氮饑餓)三個(gè)氮水平處理14d后,兩個(gè)野生大麥基因型氮素吸收、利用方面的生理差異。研究表明,XZ149的低氮耐性明顯高于其它兩個(gè)基因型。首先,在氮脅迫條件下,XZ149具有更強(qiáng)的氮素吸收能力,表現(xiàn)為低氮脅迫下XZ149地上部干物重、總干物重和氮積累量的降幅最小。研究還發(fā)現(xiàn),氮含量(濃度)并不能區(qū)分低氮耐性的基因型差異,說明低氮耐性主要與氮的利用有關(guān)。其次,XZ149表現(xiàn)出較強(qiáng)的氮素同化或再同化能力,低氮脅迫下其可溶性蛋白含量和硝酸還原酶(NR)活性降幅均小于XZ56,XZ149葉片谷氨酰胺酶(GS)活性增幅大于XZ56;保證了低氮脅迫下有較多的含氮化合物合成。2.基于RNA-Seq技術(shù)的西藏野生大麥響應(yīng)低氮脅迫表達(dá)譜分析以兩個(gè)西藏野生大麥基因型(XZ149,耐低氮;XZ56,低氮敏感)為材料,利用Illumina的RNA-Seq技術(shù)分析了根系短時(shí)間內(nèi)(6 h和48 h)響應(yīng)低氮脅迫(0.2mM)的轉(zhuǎn)錄組變化。據(jù)轉(zhuǎn)錄譜分析結(jié)果,共鑒定到1469個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs),包括轉(zhuǎn)運(yùn)體、轉(zhuǎn)錄因子、激酶以及抗氧化脅迫和激素信號(hào)調(diào)控相關(guān)基因。其中,695個(gè)DEGs可能與低氮耐性相關(guān),分別具有轉(zhuǎn)運(yùn)活性、抗氧化活性等,主要參與氨基酸代謝、淀粉和蔗糖代謝以及次級(jí)代謝等代謝過程。低氮脅迫下,XZ149比XZ56具有更高的氮素吸收能力和利用效率。XZ149中硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)體特異而持續(xù)更久的高表達(dá)以及更加節(jié)省能量消耗的氮素同化方式,使其能在缺氮的情況下更高效的吸收氮素,這可能是XZ149耐低氮的重要原因。植物生長素和乙烯響應(yīng)途徑可能也與低氮耐性的基因型間差異相關(guān)。本研究系統(tǒng)地剖析了耐低氮野生大麥基因型的轉(zhuǎn)錄譜,鑒定到大量低氮耐性相關(guān)的候選基因,從而為深入研究西藏野生大麥特異耐低氮機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。3.西藏野生大麥響應(yīng)低氮脅迫的代謝組學(xué)分析利用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù),分析了兩個(gè)西藏野生大麥基因型(XZ149,耐低氮;XZ56,低氮敏感)在低氮(0.2mM)處理1d,3d,6d,9 d,12 d,15 d,18 d后根和葉片的代謝組差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有51個(gè)代謝產(chǎn)物在低氮脅迫下發(fā)生顯著變化。主成分分析(PCA)顯示,代謝物在不同樣本間的差異大小順序?yàn)?組織間(根vs葉)最大,其次是處理間(低氮vs對(duì)照),基因型間(XZ149vsXZ56)最小。低氮脅迫對(duì)碳和氮分配的影響具有組織特異性。XZ149中氨基酸的節(jié)能積累方式和利于根系生長的碳分配方式使之有較高的低氮耐性。此外,低氮脅迫下,XZ149具有較高的產(chǎn)能能力以及較強(qiáng)的維持細(xì)胞還原穩(wěn)、態(tài)的能力,這可能也是該基因型表現(xiàn)較強(qiáng)低氮耐性的機(jī)制之一。4.西藏野生大麥響應(yīng)低氮脅迫的離子組分析利用電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-OES),分析了低氮(0.2mM)和正常供氮(2mM)處理18d的XZ149、XZ56和ZD9三個(gè)大麥基因型根和地上部離子組差異。主成分分析(PCA)結(jié)果顯示,低氮脅迫對(duì)大麥離子組影響顯著,并且基因型間存在差異。研究表明,低氮脅迫對(duì)K的影響基本與P相同,即地上部P和K積累增加,根系P和K積累減少。這種影響因基因型而異,三個(gè)基因型中對(duì)XZ149中P含量影響最小,對(duì)ZD9影響最大;K含量以XZ149地上部的升幅最大,而其根系中降幅最小。此外,低氮脅迫顯著降低栽培大麥ZD9地上部和根部的Fe元素含量,但對(duì)野生大麥地上部和根部的Fe含量影響很小,這表明在低氮脅迫下,野生大麥具有相對(duì)穩(wěn)定的Fe吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)能力。低氮脅迫促進(jìn)XZ149和ZD9的根部Zn積累,限制其向地上部的運(yùn)轉(zhuǎn),并抑制XZ56和ZD9根中的Mn積累。總之,低氮脅迫下耐性較強(qiáng)的基因型XZ149元素變化相對(duì)較小,因而維持相對(duì)穩(wěn)定的礦質(zhì)元素吸收可能是XZ149較高的低氮耐性的重要原因。
[Abstract]:The results were as follows : 1 . Under the condition of nitrogen stress , XZ149 has stronger nitrogen assimilation ability , and it has important theoretical and practical value . The results showed that the effect of low nitrogen stress on the distribution of carbon and nitrogen was the lowest . The results showed that low nitrogen stress had the lowest effect on the distribution of carbon and nitrogen .

【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】：2016
【分類號(hào)】：S512.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1696928