本文關(guān)鍵詞：大豆抗旱突變體耐旱機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)》 2015年

大豆抗旱突變體耐旱機(jī)理研究

莫金鋼  

【摘要】：大豆(Glycine max(L.)Merr.)是全球范圍內(nèi)主要的油料和蛋白作物,也是世界上最重要的商品之一。它可以為人們提供大量的植物食用油、微量元素和礦物質(zhì),同時也被廣泛用作人類食物、動物蛋白飼料和工業(yè)原料等,如此廣泛的用途使得它已成為全球廣泛種植的作物,而且全世界對大豆的需求量還在不斷的增加。然而,干旱已成為導(dǎo)致作物減產(chǎn)的最主要的環(huán)境因素,也嚴(yán)重制約著大豆的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn),因此,研究干旱對大豆的影響以及大豆對干旱的應(yīng)答機(jī)制,對選育耐旱性新品種具有重要意義。突變體是功能基因組學(xué)研究的重要材料,廣泛應(yīng)用于作物的形態(tài)特征、組織結(jié)構(gòu)和生理性狀與基因的連鎖分析及其相關(guān)功能基因的克隆和研究。本論文以大豆抗旱突變體M18及其野生型大豆吉農(nóng)18(JN18)為試驗(yàn)材料,利用不同濃度的聚乙二醇(PEG-6000)溶液模擬不同程度的干旱脅迫條件,采用砂培法研究了大豆在不同的生長發(fā)育時期對干旱脅迫的響應(yīng),同時,運(yùn)用RNA-Seq技術(shù)對其苗期根系轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了分析,探討了抗旱突變體M18的耐旱機(jī)理,主要研究結(jié)果如下:1.在不同程度的干旱脅迫條件下,對大豆種子萌發(fā)特征與幼苗生長狀況進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,干旱脅迫對大豆種子的萌發(fā)和幼苗的生長均有一定的抑制作用,M18和JN18種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及幼苗的主根長、側(cè)根數(shù)、側(cè)根總長、根重和胚芽長均隨著PEG處理濃度的增加而下降。在5%~20%PEG處理下,M18種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)和側(cè)根數(shù)顯著高于JN18(P0.05);15%PEG處理下,M18幼苗主根長、側(cè)根數(shù)、側(cè)根總長和側(cè)根重等指標(biāo)均極顯著高于JN18(P0.01)。干旱脅迫下,M18種子具有較高的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù),幼苗根系發(fā)達(dá),并且具有較強(qiáng)的抗旱性。2.對M18和JN18苗期進(jìn)行抗旱性研究,測定其在不同程度干旱脅迫條件下的形態(tài)指標(biāo)和生理生化特性。結(jié)果表明,隨著干旱脅迫程度的不斷加重,M18和JN18植株的主根長、一級側(cè)根數(shù)、側(cè)根總長度、根干重和總?cè)~綠素含量等先升高后降低,株高、冠干重及葉片相對含水量(RWC)等則逐漸降低,而根冠比、脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖(SS)含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性等隨著干旱脅迫程度的加劇逐漸升高。在相同濃度PEG處理下,M18的根干重均極顯著高于JN18(P0.01),根體積、株高、冠干重和Pro含量均顯著高于JN18(P0.05)。由此表明,M18苗期具有強(qiáng)大的根系和生長優(yōu)勢,并且結(jié)合一定生理生化調(diào)節(jié)能力而表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱能力,同時,也表明地上部的生長發(fā)育與根系的生長狀況密切相關(guān)。3.對M18和JN18在開花期的抗旱性研究表明,M18和JN18植株的株高、主莖節(jié)數(shù)和冠干重隨著干旱脅迫程度的不斷加劇而逐漸減小,主根長、一級側(cè)根數(shù)、側(cè)根總長度、根體積和根干重則隨著干旱脅迫程度的不斷加強(qiáng)而先增加后減少,表明輕度干旱脅迫能促進(jìn)大豆植株的根系生長;在相同濃度PEG處理下,M18的側(cè)根總長度、根體積、根干重和根冠比略高于JN18,但均未達(dá)到顯著差異(P0.05)。隨著干旱脅迫程度的增加,Pro含量、SS含量、MDA含量和SOD活性逐漸升高,葉片RWC逐漸降低,而POD活性、總?cè)~綠素含量則先升高后降低。在相同處理水平下,M18的SS含量均極顯著高于JN18(P0.01);在10%~20%PEG處理下,M18葉片的總?cè)~綠素含量及葉綠素a/葉綠素b等均顯著高于JN18(P0.05);當(dāng)PEG處理濃度≥15%時,M18的葉片RWC、POD活性均顯著高于JN18(P0.05),而MDA含量則極顯著低于JN18(P0.01)。由此表明,干旱脅迫下,M18開花期具有較強(qiáng)的保水能力、滲透調(diào)節(jié)能力和酶促抗氧化能力。4.連續(xù)2年的田間試驗(yàn)結(jié)果表明,M18生育日數(shù)約121天,比JN18平均早熟3~4天;M18的主要農(nóng)藝性狀與JN18無明顯差異,為圓形葉、紫色花、綠色莖、半直立型生長習(xí)性、亞有限結(jié)莢習(xí)性,褐色豆莢并覆有棕色絨毛,種子為黃色種皮、黑色種臍的圓形粒;M18種子的百粒重平均為12.83 g,且顯著小于JN18(P0.05);考種發(fā)現(xiàn)M18主要通過增加有效分枝數(shù)、單株莢數(shù)和單株粒數(shù)來提高產(chǎn)量,測產(chǎn)結(jié)果表明,M18的產(chǎn)量為3019 Kg/hm2,比JN18平均增產(chǎn)8.10%。5.對M18和JN18苗期根系轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了深度測序,2個樣本組共獲得了9.35 Gb數(shù)據(jù),其中reads數(shù)46.31 M條,平均Q20為100%,Q30達(dá)到85%,各樣品reads與參考基因組比對效率約為85%。對reads進(jìn)行組裝后與原有大豆基因組的已知基因模型相比較,發(fā)掘新基因835個,經(jīng)與數(shù)據(jù)庫比對,有733個新基因得到注釋。進(jìn)一步分析獲得572個差異表達(dá)基因,其中,以JN18為對照組,M18根系轉(zhuǎn)錄組中有227個基因表達(dá)量上調(diào),345個基因表達(dá)量下調(diào)。差異表達(dá)基因的COG注釋發(fā)現(xiàn)一般功能基因分類中所包含的基因數(shù)量最多,其次是轉(zhuǎn)錄和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。6.差異表達(dá)基因GO注釋發(fā)現(xiàn)共有466個差異表達(dá)基因映射到GO不同功能的節(jié)點(diǎn)。GO功能顯著性富集分析表明,共得到13個與生物學(xué)過程相關(guān)的顯著性富集條目,其中大部分條目涉及到激素代謝過程和逆境應(yīng)答過程;還得到10個與分子功能相關(guān)的顯著性富集條目,其中大部分條目與植物激素相關(guān)的酶的活性有關(guān)。差異表達(dá)基因KEGG通路分析表明,有74個差異表達(dá)基因參與了57個代謝通路,其中參與糖酵解/糖原異生代謝途徑的基因最多,其次是植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、氨基酸代謝等;分析得到2條顯著富集的代謝通路,共有7個基因被注釋到這2條代謝通路中。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S565.1
【目錄】：

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