干旱是危害全球作物生產最普遍、最嚴重也是最復雜的環(huán)境因子,培育耐旱作物品種和研發(fā)節(jié)水抗旱農藝措施是抵御干旱脅迫的有效途徑,而闡明作物耐旱機理可為耐旱育種與栽培提供理論基礎。本研究從大麥耐旱種質篩選入手,鑒定到一批耐旱性差異顯著的基因型,以此為材料解析了K⁺吸收和轉運調控能力在大麥耐旱中的作用,利用轉錄組和小RNA組技術闡明了大麥根尖和成熟區(qū)對干旱脅迫適應性響應上的差異,進而在分析大麥HAK/KUP/KT基因家族的基礎上,克隆了受干旱顯著誘導的HvHAK13和HvHAK1.1,并對其表達特點進行了分析。主要結果如下:1.鑒定到耐旱性差異顯著的大麥基因型以237份栽培大麥和190份野生大麥為材料,以蛭石為生長介質,在20%PEG8000模擬干旱和缺水干旱兩種干旱脅迫條件下評價其耐旱性,發(fā)現(xiàn)兩類大麥群體中基因型之間的耐旱性差異顯著,且野生大麥的耐旱性強于栽培大麥;兩種干旱脅迫處理抑制大麥生長的效應呈顯著正相關,大麥植株最新完全展開葉的相對含水量和汁液滲透壓適宜作為大麥苗期耐旱性評價與篩選的指標。2.揭示了大麥根K⁺吸收與轉運調控能力與耐旱性的關系干... 

【文章來源】：浙江大學浙江省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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致謝
縮略詞表
摘要
Abstract
第一章 文獻綜述
    1.1 干旱對植物的影響
        1.1.1 干旱對作物生長與產量的影響
        1.1.2 干旱對植物生理生化的影響
            1.1.2.1 水分和養(yǎng)分的吸收與利用
            1.1.2.2 光合作用
            1.1.2.3 同化物分配
            1.1.2.4 氧化損傷
    1.2 植物對干旱的響應
        1.2.1 植物形態(tài)水平對干旱的響應
        1.2.2 植物生理生化水平對干旱的響應
            1.2.2.1 滲透調節(jié)
            1.2.2.2 抗氧化代謝
            1.2.2.3 激素調控
        1.2.3 植物分子水平對干旱的響應
    1.3 鉀離子在植物耐旱中的作用
        1.3.1 鉀離子對植物細胞生理特性和生長的影響
        1.3.2 鉀離子對水分關系和滲透調節(jié)的影響
        1.3.3 鉀離子對氣孔行為和光合作用的影響
        1.3.4 鉀離子和抗氧化代謝
    1.4 HAK/KUP/KT轉運蛋白在植物耐旱中的作用
    1.5 研究內容和技術路線
        1.5.1 研究內容
        1.5.2 研究方法與技術路線
第二章 大麥耐旱種質篩選與耐旱性篩選指標鑒定
    2.1 引言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 大麥材料和生長條件
        2.2.2 干旱處理
            2.2.2.1 耐旱性篩選
            2.2.2.2 耐旱性驗證
        2.2.3 生物量、含水量和相對含水量測定
        2.2.4 葉綠素含量、葉綠素熒光和氣孔導度測定
        2.2.5 汁液滲透壓測定
        2.2.6 統(tǒng)計分析
    2.3 結果與分析
        2.3.1 大麥耐旱基因型篩選
        2.3.2 大麥耐旱性驗證
            2.3.2.1 生物量和相對含水量
            2.3.2.2 葉片葉綠素含量、葉綠素熒光和氣孔導度
            2.3.2.3 葉和莖汁液滲透壓
        2.3.3 耐旱性篩選的可靠指標
    2.4 討論
        2.4.1 擁有豐富遺傳變異的自然群體是挖掘大麥耐旱性的重要資源
        2.4.2 在多種干旱條件下進行評價能更可靠地鑒定到真正的耐旱基因型
        2.4.3 合適的試驗方法和篩選指標是耐旱性鑒定結果準確的基本保證
    2.5 小結
第三章 大麥K~+吸收與轉運調控能力與耐旱性的關系
    3.1 引言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 供試材料、生長條件及處理
        3.2.2 生物量和葉片萎蔫率
        3.2.3 葉綠素含量、葉綠素熒光和氣孔導度
        3.2.4 相對含水量
        3.2.5 汁液滲透壓
        3.2.6 鉀離子含量
        3.2.7 離子流測定
        3.2.8 實時熒光定量PCR
        3.2.9 統(tǒng)計分析
    3.3 結果與分析
        3.3.1 不同大麥基因型的耐旱性差異
        3.3.2 干旱脅迫處理對不同大麥基因型植株相對含水量與滲透壓的影響
        3.3.3 干旱脅迫處理對不同大麥基因型K~+吸收和積累的影響
        3.3.4 干旱脅迫處理對不同大麥基因型根系質子泵活性的影響
        3.3.5 干旱脅迫處理對不同大麥基因型K~+和H~+跨膜轉運相關基因表達量的影響
    3.4 討論
        3.4.1 大麥K~+吸收能力的基因型差異與耐旱性差異密切相關
        3.4.2 干旱脅迫下K~+離子通道和轉運蛋白對根系吸收和向地上部轉運K~+至關重要
        3.4.3 干旱脅迫下質膜質子泵活性在調節(jié)K+跨膜運輸中起重要作用
    3.5 小結
第四章 大麥根尖和成熟區(qū)響應干旱脅迫差異分析
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 供試材料、生長條件與干旱處理
        4.2.2 K~+凈離子流測定
        4.2.3 H_2O_2和O_2~(·-)染色及鏡檢
        4.2.4 RNA提取及測序
        4.2.5 序列比對、定量及差異分析
        4.2.6 GO富集分析
        4.2.7 qRT-PCR驗證
        4.2.8 統(tǒng)計分析
    4.3 結果與分析
        4.3.1 大麥根對干旱脅迫的組織特異性響應
        4.3.2 干旱脅迫下根尖和成熟區(qū)的轉錄表達譜
        4.3.3 干旱脅迫下根尖和成熟區(qū)共有和組織特異的響應模式
        4.3.4 干旱脅迫下根尖和成熟區(qū)轉錄因子的表達模式
    4.4 討論
        4.4.1 根尖和成熟區(qū)對干旱脅迫的敏感性不同
        4.4.2 根尖和成熟區(qū)在干旱脅迫響應模式上存在差異
        4.4.3 氧化脅迫適應性反應在干旱脅迫響應中具有重要作用
    4.5 小結
第五章 大麥根尖和成熟區(qū)響應干旱脅迫的小RNA組分析
    5.1 引言
    5.2 材料與方法
        5.2.1 供試材料、生長條件及干旱處理
        5.2.2 小RNA提取及測序
        5.2.3 數(shù)據(jù)過濾、比對、表達定量及差異分析
        5.2.4 miRNA鑒定、靶基因預測及miRNA-mRNA互作網絡構建
        5.2.5 GO和 KEGG分析及miRNA-mRNA調控網絡構建
        5.2.6 qRT-PCR驗證
    5.3 結果與分析
        5.3.1 干旱脅迫下大麥根尖和成熟區(qū)的小RNA表達譜分析
        5.3.2 靶基因預測和miRNA-mRNA互作網絡構建
        5.3.3 miRNA-mRNA調控網絡構建
    5.4 討論
    5.5 小結
第六章 大麥HAK/KUP/KT基因家族及HvHAK13和HvHAK1.1 初步分析
    6.1 引言
    6.2 材料與方法
        6.2.1 大麥HAK/KUP/KT家族成員篩選與鑒定
        6.2.2 大麥HAK/KUP/KT家族模體、功能域及染色體分布分析
        6.2.3 大麥HAK/KUP/KT家族系統(tǒng)發(fā)育分析
        6.2.4 大麥HAK/KUP/KT家族蛋白亞細胞定位及跨膜域分析
        6.2.5 Hv HAK13和Hv HAK1.1 的克隆與亞細胞定位
        6.2.6 Hv HAK13和Hv HAK1.1 組織表達模式分析
        6.2.7 爪蟾卵母細胞異源表達
    6.3 結果與分析
        6.3.1 大麥HAK/KUP/KT基因家族成員鑒定
        6.3.2 大麥HAK/KUP/KT基因染色體分布及模體和功能域分析
        6.3.3 大麥HAK/KUP/KT基因系統(tǒng)發(fā)育分析與分類
        6.3.4 大麥HAK/KUP/KT基因在根尖和成熟區(qū)表達水平分析
        6.3.5 HvHAK13和HvHAK1.1 亞細胞定位
        6.3.6 HvHAK13和Hv HAK1.1 組織表達模式
        6.3.7 HvHAK13和HvHAK1.1 離子轉運特性
    6.4 討論
    6.5 小結
第七章 全文總結與展望
    7.1 全文總結
    7.2 展望
參考文獻
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]干旱脅迫下植物體內活性氧的作用機制[J]. 王福祥,肖開轉,姜身飛,曲夢宇,連玲,何煒,陳麗萍,謝華安,張建福.  科學通報. 2019(17)
[2]Zm HAK5 and Zm HAK1 function in K+ uptake and distribution in maize under low K+ conditions[J]. Ya-Juan Qin,Wei-Hua Wu,Yi Wang.  Journal of Integrative Plant Biology. 2019(06)
[3]Influence of Water Stress on Endogenous Hormone Contents and Cell Damage of Maize Seedlings[J]. Chunrong Wang, Aifang Yang, Haiying Yin and Juren Zhang (School of Life Sciences, Shandong University, Jinan 250100, China).  Journal of Integrative Plant Biology. 2008(04)
[4]水稻卷葉性狀生理生態(tài)效應的研究 Ⅱ.光合特性、物質生產與產量形成[J]. 郎有忠,張祖建,顧興友,楊建昌,朱慶森.  作物學報. 2004(09)



本文編號：3644706