本文關(guān)鍵詞：賴草對(duì)鹽堿脅迫的生理響應(yīng)及LsCDPK基因的克隆與功能分析

  更多相關(guān)文章： 賴草 鹽堿脅迫 生理響應(yīng) 葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué) 葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu) LsCDPK

【摘要】：賴草(Leymus secalinus)是賴草屬多年生根莖禾草,無(wú)性繁殖能力強(qiáng),不僅抗逆能力強(qiáng),且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富,是鹽堿地生物改良的優(yōu)質(zhì)牧草。本研究用NaCl(0、100、200、300、400、500、600、700 mM)、NaHCO3及Na2CO3(0、50、75、100、150、200、300、400 mM)對(duì)盆栽賴草幼苗進(jìn)行脅迫,通過(guò)幼苗的生長(zhǎng)特性、生理生化、光合熒光、葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)等指標(biāo)分析并探討了鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗的傷害和幼苗的抗鹽堿能力及機(jī)制。同時(shí),克隆了一個(gè)Ca2+介導(dǎo)的啟動(dòng)脅迫響應(yīng)途徑的中間基因CDPK(鈣依賴蛋白激酶)。為分子水平解釋賴草的抗鹽堿機(jī)制奠定了基礎(chǔ),并為賴草耐鹽新品種的馴化選育提供了理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：1鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗生長(zhǎng)及生理生化特性的影響(1)賴草葉片相對(duì)含水量和生長(zhǎng)速度與鹽堿濃度呈負(fù)相關(guān),Na2CO3脅迫下生長(zhǎng)速度降低最為明顯(0.59 cm·d-1),其次為NaHCO3 (0.34 cm-d'1),NaCl最小(0.29 cm·d-1)。賴草幼苗的根冠比(R/T)與鹽堿濃度呈正相關(guān),隨鹽堿濃度的增加,R/T增加的速度是Na2CO3大于NaHCO3大于NaCl。(2)賴草幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物酶(POD)活性均隨鹽堿濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),在NaCl 400 mM. NaHCO3 150 mM、Na2CO3濃度100-150mM時(shí),SOD與POD的值達(dá)最大。丙二醛(MDA)則是隨鹽堿濃度的升高在增加。(3)脯氨酸(Pro)、可溶性糖和甜菜堿(BADH)均隨鹽堿濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。NaCl脅迫下,Pro在600mM達(dá)到最大,BADH和可溶性糖在500 mM達(dá)最高值。200--300mM NaHCO3 Pro、BADH和可溶性糖達(dá)最大。Na2CO3脅迫后Pro、BADH和可溶性糖均在200 mM達(dá)最大。3種滲透物質(zhì)分別在不同濃度下達(dá)到最大,這樣能有效地進(jìn)行滲透調(diào)節(jié),這可能是賴草耐鹽堿的一個(gè)原因。(4)葉綠素(Chl)的含量與光合、熒光作用密切相關(guān),不同鹽堿濃度脅迫下賴草幼苗Chl a、Chl b和總Chl含量在高濃度NaCl 500 Mm、NaHCO3 400mM和Na2CO 3300mM顯著下降；從而導(dǎo)致了凈光合速率(Pn)在高濃度時(shí)有所下降,在低濃度鹽堿脅迫下沒(méi)有變化；氣孔導(dǎo)度(Gs)在所有濃度下均與CK無(wú)差異,水分利用效率(WUE)隨濃度升高呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)賴草幼苗的Pn和WUE在降低,蒸騰速率(Tr)和Gs隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)先增加后降低,Pn的降低主要是由非氣孔因素引起。隨NaCl、NaHCO3和Na2CO3濃度的增加,Fo先降后升；Fv/Fm、Fv/Fo則降低,Fv/Fm的值明顯下降,分別下降了38%、19%和34%。NPQ是光保護(hù)的重要指標(biāo),隨PAR的增加而增大,在現(xiàn)有的光強(qiáng)范圍內(nèi),NPQ未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),說(shuō)明熒光猝滅的原因是熱耗散增加。低濃度的脅迫下幼苗由于熱耗散存在沒(méi)有受到傷害,隨濃度的增加,受損傷的程度增加。(5)NaCl、Na2CO3禾N(yùn)aHCO3脅迫后,賴草幼苗根系的Na+含量均高于莖葉的含量,Cl-含量是莖葉高于根系,根系的限Na+能力隨鹽堿濃度的增加在增大。賴草幼苗在300mM NaCl以下不受影響,Na2CO3濃度低于150mM可以通過(guò)K+、Ca2+的協(xié)調(diào)來(lái)抵制Na+和Cl-的積累,NaHCO3濃度高于200 mM莖葉Na+和Cl-含量增加,受脅迫嚴(yán)重。隨鹽堿濃度的增加,Na/K比增加,但莖葉的增加量小于根系,說(shuō)明賴草是通過(guò)根系限制Na+向莖葉運(yùn)輸,從而避免或減輕Na+對(duì)莖葉的損傷。從生長(zhǎng)、葉片膜脂的傷害程度、保護(hù)酶、光合和離子含量等方面分析,400 mMNaCl以下賴草能正常生長(zhǎng)；Na2CO3濃度大于150 mM賴草幼苗會(huì)受到影響；幼苗可以忍耐200mM的NaHCO3。2鹽堿脅迫對(duì)賴草葉片葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響低濃度鹽堿脅迫(NaCl 100 mM、NaHCO3 50mM和Na2CO3 50mM)對(duì)葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)影響較小。中等濃度鹽堿脅迫(NaCl 400 mM、NaHCO3 150mM和Na2CO3150mM)引起葉肉細(xì)胞變化,類囊體間隙增大、基粒片層紊亂,淀粉粒較少,線粒體膜開(kāi)始解體,嗜鋨體有所增加。高濃度鹽堿脅迫(NaCl 700 mM、NaHCO3 400mM和Na2CO3400mM)細(xì)胞變形、葉綠體雙層膜解體,基質(zhì)外滲、嗜鋨體明顯增大增多、淀粉粒很少或沒(méi)有。3賴草LsCDPK基因的克隆和表達(dá)應(yīng)用同源序列引物對(duì)鹽堿脅迫后的賴草進(jìn)行RACE克隆,從中克隆了CDPK基因,該基因與二穗短柄草SK5-like基因同源性最高,達(dá)到94%,命名為L(zhǎng)sCDPK。LsCDPK全長(zhǎng)2480bp,編碼由520個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì),屬于膜外蛋白,具有親水性,定位于細(xì)胞核中。LsCDPK基因在賴草不同組織和不同逆境脅迫下的表達(dá)特異性,表明LsCDPK基因在整個(gè)植株中均能表達(dá),且在根中的表達(dá)量最大。賴草中的LsCDPK基因能被鹽堿、低溫和干旱誘導(dǎo),初步推測(cè)LsCDPK基因至少參與了鹽堿、低溫和干旱逆境脅迫的響應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：賴草 鹽堿脅迫 生理響應(yīng) 葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué) 葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu) LsCDPK
【學(xué)位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q945.78;S543.9
【目錄】：

• 摘要9-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-22
• 1 鹽堿地概述11-12
• 1.1 世界鹽堿地概況11
• 1.2 中國(guó)鹽堿地概況11-12
• 2 鹽堿脅迫對(duì)植物的影響12-14
• 2.1 滲透脅迫(Osmotic stress)12
• 2.2 離子脅迫(Ion stress)12-13
• 2.3 活性氧脅迫(Reactive oxygen stress)13
• 2.4 細(xì)胞膜透性平衡破壞(Cell membrane permeability destroy)13
• 2.5 光合作用減弱(Photosynthesis weaken)13-14
• 2.6 熒光猝滅(Fluorescence quenching)14
• 3 植物耐鹽堿脅迫機(jī)制14-16
• 3.1 滲透物質(zhì)的積累15-16
• 3.2 細(xì)胞膜保護(hù)酶系統(tǒng)的啟動(dòng)16
• 3.3 離子運(yùn)輸和離子區(qū)隔化16
• 4 鈣依賴蛋白激酶(CDPK)的研究進(jìn)展16-20
• 4.1 CDPK結(jié)構(gòu)特點(diǎn)17
• 4.2 CDPK在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用17-18
• 4.3 CDPK生物學(xué)功能18-20
• 5 賴草及賴草屬植物的研究進(jìn)展20
• 6 本研究的目的和意義20-22
• 第二章 賴草幼苗對(duì)鹽堿脅迫的生理響應(yīng)22-47
• 1 研究材料22-23
• 1.1 材料采集地自然概括22
• 1.2 材料的培養(yǎng)22
• 1.3 材料的處理22-23
• 2 指標(biāo)的測(cè)定23-24
• 2.1 生物量指標(biāo)的測(cè)定23
• 2.2 保護(hù)酶的測(cè)定23
• 2.3 滲透物質(zhì)的測(cè)定23
• 2.4 丙二醛的測(cè)定23
• 2.5 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定23-24
• 2.6 離子含量的測(cè)定24
• 2.7 數(shù)據(jù)分析24
• 3 結(jié)果與分析24-42
• 3.1 鹽堿脅迫對(duì)賴草生物量的影響24-27
• 3.2 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗保護(hù)酶的影響27-29
• 3.3 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗滲透物質(zhì)的影響29-34
• 3.4 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗丙二醛的影響34-36
• 3.5 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗細(xì)胞膜損傷的影響36-37
• 3.6 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗離子含量的影響37-42
• 4 討論42-45
• 5 小結(jié)45-47
• 第三章 賴草幼苗對(duì)鹽堿脅迫的光合生理響應(yīng)47-67
• 1 材料與方法47-48
• 1.1 材料47
• 1.2 葉綠素含量的測(cè)定47
• 1.3 光合特性的測(cè)定47-48
• 1.4 數(shù)據(jù)處理48
• 2 結(jié)果與分析48-63
• 2.1 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗葉綠素含量的影響48-50
• 2.2 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗光合特性的影響50-56
• 2.3 不同脅迫時(shí)間對(duì)賴草幼苗光合特性的影響56-59
• 2.4 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗光合-光響應(yīng)曲線的影響59-61
• 2.5 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗CO_2響應(yīng)曲線的影響61-63
• 3 討論63-65
• 4 小結(jié)65-67
• 第四章 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)特性的影響67-78
• 1 材料與方法67-68
• 1.1 材料67
• 1.2 熒光特性的測(cè)定67
• 1.3 數(shù)據(jù)處理67-68
• 2 結(jié)果與分析68-75
• 2.1 NaCl脅迫賴草幼苗熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)的影響68-71
• 2.2 NaHCO_3脅迫賴草幼苗熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)的影響71-73
• 2.3 Na_2CO_3脅迫賴草幼苗熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)的影響73-75
• 3 討論75-77
• 4 小結(jié)77-78
• 第五章 鹽堿脅迫對(duì)賴草幼苗超顯微結(jié)構(gòu)的影響78-89
• 1 材料與方法78
• 1.1 材料78
• 1.2 葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察78
• 2 結(jié)果分析78-79
• 2.1 NaCl脅迫對(duì)賴草葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響78-79
• 2.2 NaHCO_3脅迫對(duì)賴草葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響79
• 2.3 Na_2CO_3脅迫對(duì)賴草葉片葉綠體超微結(jié)構(gòu)的影響79
• 3 討論79-81
• 4 小結(jié)81-89
• 第六章 賴草LsCDPK基因的克隆及生物信息學(xué)分析89-116
• 1 材料與方法89-94
• 1.1 試驗(yàn)材料89-90
• 1.2 方法90-94
• 2 賴草LSCDPK基因cDNA 3'和5'RACE的擴(kuò)增94-99
• 2.1 賴草LsCDPKK基因3'-RACE的克隆94-96
• 2.2 賴草LsCDPK基因5'-RACE的克隆96-99
• 3 賴草LsCDPK基因的生物信息學(xué)分析99-101
• 3.1 核酸序列分析99
• 3.2 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)分析99
• 3.3 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)和功能分析99-100
• 3.4 進(jìn)化分析100-101
• 4 結(jié)果與分析101-114
• 4.1 賴草總RNA的提取及鑒定101
• 4.2 賴草LsCDPK基因的克隆及PCR產(chǎn)物的鑒定101-102
• 4.3 LsCDPK基因cDNA全長(zhǎng)序列的克隆102-103
• 4.4 LsCDPK基因cDNA的全長(zhǎng)序列分析103-105
• 4.5 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)105
• 4.6 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)及功能105-111
• 4.7 同源性比較111-113
• 4.8 系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)的構(gòu)建113-114
• 5 討論與小結(jié)114-116
• 第七章 賴草LsCDPK基因的表達(dá)分析116-124
• 1 試驗(yàn)材料與試劑116
• 2 試驗(yàn)方法116-118
• 2.1 引物設(shè)計(jì)116
• 2.2 材料處理116-117
• 2.3 熒光定量PCR117-118
• 2.4 數(shù)據(jù)處理118
• 3 結(jié)果與分析118-122
• 3.1 熒光定量PCR反應(yīng)條件的確定118-119
• 3.2 賴草LsCDPK基因組織特異性表達(dá)119-120
• 3.3 LsCDPK基因在NaCl脅迫下的表達(dá)120
• 3.4 LsCDPK基因在Na_2CO_3脅迫下的表達(dá)120-121
• 3.5 賴草LsCDPK基因在低溫脅迫下的表達(dá)121
• 3.6 LsCDPK基因在干旱脅迫下的表達(dá)121-122
• 4 討論與小結(jié)122-124
• 第八章 結(jié)論與研究展望124-126
• 1 主要結(jié)論124
• 2 研究創(chuàng)新點(diǎn)124-125
• 3 研究中存在的問(wèn)題及后續(xù)研究計(jì)劃125-126
• 參考文獻(xiàn)126-137
• Abstract137-141
• 附錄一 中英文縮略詞表141-142
• 附錄二 中英文縮略詞表142-143
• 攻讀博士期間發(fā)表論文143-145
• 致謝145

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 葉煜輝;江明鋒;陳艷;楊滿業(yè);;賴草屬植物的抗逆性研究進(jìn)展與應(yīng)用前景[J];生物學(xué)雜志;2009年04期

2 顏濟(jì),楊俊良;中國(guó)賴草屬新植物[J];云南植物研究;1983年03期

3 齊冰潔,易津,谷安琳,袁金柱;賴草屬牧草種子及幼苗耐鹽性生理基礎(chǔ)的研究[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2001年S1期

4 王林生;;賴草屬植物的遺傳學(xué)研究與利用[J];生物學(xué)通報(bào);2007年08期

5 吳玉虎;新疆賴草屬二新種[J];植物研究;1992年04期

6 蘇旭;劉玉萍;陳文俐;;賴草屬植物的分類現(xiàn)狀及主要存在的問(wèn)題[J];熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào);2013年05期

7 智麗,滕中華;中國(guó)賴草屬植物的分類、分布的初步研究[J];植物研究;2005年01期

8 蔡聯(lián)炳;蘇旭;;國(guó)產(chǎn)賴草屬的分類修訂[J];植物研究;2007年06期

9 蔡聯(lián)炳;;中國(guó)賴草屬(禾本科)一新種——貧穗賴草(英文)[J];西北植物學(xué)報(bào);2006年07期

10 易津,谷安琳,賈光宏,吳蕭;賴草屬牧草幼苗耐旱性生理基礎(chǔ)的研究[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2001年S1期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉公社;劉志鵬;齊冬梅;李洪杰;李曉峰;蘇蔓;;應(yīng)用ITS和trnL-F分子標(biāo)記研究賴草屬的進(jìn)化[A];中國(guó)草學(xué)會(huì)牧草育種專業(yè)委員會(huì)2007年學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 杜利霞;賴草對(duì)鹽堿脅迫的生理響應(yīng)及LsCDPK基因的克隆與功能分析[D];山西農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 周新成;我國(guó)西北地區(qū)賴草的遺傳多樣性及賴草屬8個(gè)物種基因組來(lái)源的分子進(jìn)化分析[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2006年

3 侯建華;羊草與灰色賴草雜交后代遺傳學(xué)特性及育性恢復(fù)的研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2004年

4 沙莉娜;賴草屬植物的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)與分子系統(tǒng)學(xué)研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

5 楊瑞武;賴草屬植物的系統(tǒng)與進(jìn)化研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2003年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 樊鵬鵬;山西不同居群賴草綜合性狀比較研究[D];山西農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

2 劉越;小麥族賴草屬三個(gè)物種的生物系統(tǒng)學(xué)研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

3 羅春蓮;GBSS Ⅰ基因在賴草屬植物中的進(jìn)化式樣及系統(tǒng)學(xué)應(yīng)用研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

4 廖莎;賴草屬物種的ITS序列變異及其系統(tǒng)推斷[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

5 鐘珉菡;利用分子標(biāo)記探討賴草屬植物的系統(tǒng)關(guān)系[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

6 賴建軍;賴草屬植物Myb基因的克隆及分子性狀分析[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

7 劉芳;羊草與灰色賴草雜種F_1育性恢復(fù)的研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

8 柴官會(huì);小麥族賴草屬植物與近緣二倍體物種的RAPD和SSR分析[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2012年

9 郭國(guó)業(yè);基于ISSR分子標(biāo)記和trnQ-rps16序列的賴草屬植物系統(tǒng)發(fā)育分析[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

10 王靜;基于單拷貝核Pgk1和Acc1基因序列對(duì)中國(guó)賴草屬植物的系統(tǒng)發(fā)育研究[D];四川農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：650353