【摘要】：玉米是最早利用雜種優(yōu)勢(shì)的糧食作物,且對(duì)干旱脅迫較敏感。我國(guó)主要的玉米種植區(qū)干旱問(wèn)題嚴(yán)重,限制了玉米的產(chǎn)量。在植物抗旱性研究中表明,鈣離子作為胞內(nèi)第二信使能夠調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的生理變化,從而促進(jìn)植物在干旱脅迫下的生長(zhǎng)發(fā)育。本研究以玉米雜交種鄭單958和其母本自交系鄭58,父本自交系昌7-2為試驗(yàn)材料,研究干旱脅迫下Ca~(2+)對(duì)玉米雜交種及其親本自交系生理生化特性和產(chǎn)量的影響。在此基礎(chǔ)上,克隆了一個(gè)鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)蛋白激酶基因(Calcineurin B-like interacting protein kinases,CIPK),并利用半定量RT-PCR和瞬時(shí)表達(dá)技術(shù)對(duì)其組織和細(xì)胞表達(dá)特異性進(jìn)行了初步研究。主要結(jié)果如下:1.以鄭單958和鄭58為試驗(yàn)材料,研究了聚乙二醇(PEG 6000)模擬干旱脅迫條件下,Ca~(2+)對(duì)玉米幼苗生理生化特性的影響。結(jié)果表明:干旱脅迫導(dǎo)致玉米幼苗的生物量、相對(duì)含水量和葉綠素含量都顯著下降。而CaCl_2溶液浸種能夠降低干旱脅迫對(duì)玉米幼苗上述指標(biāo)的影響,并促進(jìn)脯氨酸的積累,以20 mmol/L的CaCl_2效應(yīng)最大。2.以鄭單958和鄭58、昌7-2為試驗(yàn)材料,采用盆栽控水法,分析外源CaCl_2處理對(duì)玉米全生育期生理生化指標(biāo)以及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明:在苗期、拔節(jié)期和抽雄吐絲期進(jìn)行干旱脅迫處理,玉米葉片的丙二醛(MDA)含量、三種抗氧化酶(過(guò)氧化物酶POD、過(guò)氧化氫酶CAT、超氧化物歧化酶SOD)的活性、可溶性蛋白的含量均顯著上升。對(duì)玉米種子、拔節(jié)期和抽雄吐絲期玉米進(jìn)行CaCl_2預(yù)處理,可以降低不同生育時(shí)期玉米葉片的丙二醛含量,增加上述三種抗氧化酶活性,使蛋白質(zhì)含量維持在一個(gè)較高的水平,提高玉米抗旱性。不同生育時(shí)期干旱脅迫均會(huì)顯著降低玉米的產(chǎn)量,CaCl_2預(yù)處理則可以減少玉米產(chǎn)量的下降。其中,抽雄吐絲期缺水對(duì)玉米產(chǎn)量的影響最大,可以使鄭單958和鄭58、昌72的產(chǎn)量分別下降33.43%、52.86%和60.55%。在此期進(jìn)行CaCl_2預(yù)處理,可以使上述品系的產(chǎn)量分別提高9.8%、26.12%和18.42%。由此可見(jiàn),雜交種鄭單958比其親本自交系更適應(yīng)干旱,而后者對(duì)外源Ca~(2+)的反應(yīng)更敏感。3.利用PEG、CaCl_2、Ca~(2+)螯合劑(EGTA)和鈣通道阻斷劑(LaCl3)處理玉米幼苗,采用半定量RT-PCR技術(shù)分析了玉米ZmCIPK基因在葉片和根中的表達(dá)情況。結(jié)果表明,干旱脅迫下玉米葉片中ZmCIPK的表達(dá)量在24h內(nèi)持續(xù)上升,而玉米根中ZmCIPK的表達(dá)量在處理1h時(shí)達(dá)到峰值,而后下降,但仍然明顯高于對(duì)照。EGTA和LaCl3的處理結(jié)果顯示,玉米葉片和根中PEG對(duì)ZmCIPK的誘導(dǎo)表達(dá)效應(yīng)均被EGTA和LaCl3抑制,說(shuō)明鈣離子參與了 PEG誘導(dǎo)的干旱脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。外源添加CaCl_2會(huì)提高葉片ZmCIPK表達(dá)量,與PEG干旱脅迫的誘導(dǎo)效果相似,但外源CaCl_2會(huì)引起玉米根中ZmCIPK表達(dá)量下降,詳細(xì)機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。4.提取玉米葉片總RNA,采用RT-PCR技術(shù),克隆了玉米ZmCIPK基因。生物信息學(xué)分析表明,該基因全長(zhǎng)1554bp,編碼518個(gè)氨基酸,分子量為57.27kDa,理論等電點(diǎn)為8.84,含有CIPKs蛋白家族保守的NAF結(jié)構(gòu)域,與高粱CIPK的相似性最高,亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。5.采用雙粘端連接,構(gòu)建了 pCAMBIA1303-35S-ZmCIPK-GFP瞬時(shí)表達(dá)載體,利用注射法將含有該表達(dá)載體的農(nóng)桿菌注入煙草葉片,熒光觀察表明,融合蛋白ZmCIPK-GFP能夠在煙草葉片中正常表達(dá),具體亞細(xì)胞定位有待于進(jìn)一步研究。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S513
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本文編號(hào)：2586536