大麦根系细胞离子平衡对干旱的响应及其生理机制研究
发布时间：2022-02-26 15:29
干旱是危害全球作物生产最普遍、最严重也是最复杂的环境因子,培育耐旱作物品种和研发节水抗旱农艺措施是抵御干旱胁迫的有效途径,而阐明作物耐旱机理可为耐旱育种与栽培提供理论基础。本研究从大麦耐旱种质筛选入手,鉴定到一批耐旱性差异显著的基因型,以此为材料解析了K+吸收和转运调控能力在大麦耐旱中的作用,利用转录组和小RNA组技术阐明了大麦根尖和成熟区对干旱胁迫适应性响应上的差异,进而在分析大麦HAK/KUP/KT基因家族的基础上,克隆了受干旱显著诱导的HvHAK13和HvHAK1.1,并对其表达特点进行了分析。主要结果如下:1.鉴定到耐旱性差异显著的大麦基因型以237份栽培大麦和190份野生大麦为材料,以蛭石为生长介质,在20%PEG8000模拟干旱和缺水干旱两种干旱胁迫条件下评价其耐旱性,发现两类大麦群体中基因型之间的耐旱性差异显著,且野生大麦的耐旱性强于栽培大麦;两种干旱胁迫处理抑制大麦生长的效应呈显著正相关,大麦植株最新完全展开叶的相对含水量和汁液渗透压适宜作为大麦苗期耐旱性评价与筛选的指标。2.揭示了大麦根K+吸收与转运调控能力与耐旱性的关系干...
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
缩略词表
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 干旱对植物的影响
1.1.1 干旱对作物生长与产量的影响
1.1.2 干旱对植物生理生化的影响
1.1.2.1 水分和养分的吸收与利用
1.1.2.2 光合作用
1.1.2.3 同化物分配
1.1.2.4 氧化损伤
1.2 植物对干旱的响应
1.2.1 植物形态水平对干旱的响应
1.2.2 植物生理生化水平对干旱的响应
1.2.2.1 渗透调节
1.2.2.2 抗氧化代谢
1.2.2.3 激素调控
1.2.3 植物分子水平对干旱的响应
1.3 钾离子在植物耐旱中的作用
1.3.1 钾离子对植物细胞生理特性和生长的影响
1.3.2 钾离子对水分关系和渗透调节的影响
1.3.3 钾离子对气孔行为和光合作用的影响
1.3.4 钾离子和抗氧化代谢
1.4 HAK/KUP/KT转运蛋白在植物耐旱中的作用
1.5 研究内容和技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 研究方法与技术路线
第二章 大麦耐旱种质筛选与耐旱性筛选指标鉴定
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 大麦材料和生长条件
2.2.2 干旱处理
2.2.2.1 耐旱性筛选
2.2.2.2 耐旱性验证
2.2.3 生物量、含水量和相对含水量测定
2.2.4 叶绿素含量、叶绿素荧光和气孔导度测定
2.2.5 汁液渗透压测定
2.2.6 统计分析
2.3 结果与分析
2.3.1 大麦耐旱基因型筛选
2.3.2 大麦耐旱性验证
2.3.2.1 生物量和相对含水量
2.3.2.2 叶片叶绿素含量、叶绿素荧光和气孔导度
2.3.2.3 叶和茎汁液渗透压
2.3.3 耐旱性筛选的可靠指标
2.4 讨论
2.4.1 拥有丰富遗传变异的自然群体是挖掘大麦耐旱性的重要资源
2.4.2 在多种干旱条件下进行评价能更可靠地鉴定到真正的耐旱基因型
2.4.3 合适的试验方法和筛选指标是耐旱性鉴定结果准确的基本保证
2.5 小结
第三章 大麦K~+吸收与转运调控能力与耐旱性的关系
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 供试材料、生长条件及处理
3.2.2 生物量和叶片萎蔫率
3.2.3 叶绿素含量、叶绿素荧光和气孔导度
3.2.4 相对含水量
3.2.5 汁液渗透压
3.2.6 钾离子含量
3.2.7 离子流测定
3.2.8 实时荧光定量PCR
3.2.9 统计分析
3.3 结果与分析
3.3.1 不同大麦基因型的耐旱性差异
3.3.2 干旱胁迫处理对不同大麦基因型植株相对含水量与渗透压的影响
3.3.3 干旱胁迫处理对不同大麦基因型K~+吸收和积累的影响
3.3.4 干旱胁迫处理对不同大麦基因型根系质子泵活性的影响
3.3.5 干旱胁迫处理对不同大麦基因型K~+和H~+跨膜转运相关基因表达量的影响
3.4 讨论
3.4.1 大麦K~+吸收能力的基因型差异与耐旱性差异密切相关
3.4.2 干旱胁迫下K~+离子通道和转运蛋白对根系吸收和向地上部转运K~+至关重要
3.4.3 干旱胁迫下质膜质子泵活性在调节K+跨膜运输中起重要作用
3.5 小结
第四章 大麦根尖和成熟区响应干旱胁迫差异分析
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 供试材料、生长条件与干旱处理
4.2.2 K~+净离子流测定
4.2.3 H_2O_2和O_2~(·-)染色及镜检
4.2.4 RNA提取及测序
4.2.5 序列比对、定量及差异分析
4.2.6 GO富集分析
4.2.7 qRT-PCR验证
4.2.8 统计分析
4.3 结果与分析
4.3.1 大麦根对干旱胁迫的组织特异性响应
4.3.2 干旱胁迫下根尖和成熟区的转录表达谱
4.3.3 干旱胁迫下根尖和成熟区共有和组织特异的响应模式
4.3.4 干旱胁迫下根尖和成熟区转录因子的表达模式
4.4 讨论
4.4.1 根尖和成熟区对干旱胁迫的敏感性不同
4.4.2 根尖和成熟区在干旱胁迫响应模式上存在差异
4.4.3 氧化胁迫适应性反应在干旱胁迫响应中具有重要作用
4.5 小结
第五章 大麦根尖和成熟区响应干旱胁迫的小RNA组分析
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 供试材料、生长条件及干旱处理
5.2.2 小RNA提取及测序
5.2.3 数据过滤、比对、表达定量及差异分析
5.2.4 miRNA鉴定、靶基因预测及miRNA-mRNA互作网络构建
5.2.5 GO和 KEGG分析及miRNA-mRNA调控网络构建
5.2.6 qRT-PCR验证
5.3 结果与分析
5.3.1 干旱胁迫下大麦根尖和成熟区的小RNA表达谱分析
5.3.2 靶基因预测和miRNA-mRNA互作网络构建
5.3.3 miRNA-mRNA调控网络构建
5.4 讨论
5.5 小结
第六章 大麦HAK/KUP/KT基因家族及HvHAK13和HvHAK1.1 初步分析
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 大麦HAK/KUP/KT家族成员筛选与鉴定
6.2.2 大麦HAK/KUP/KT家族模体、功能域及染色体分布分析
6.2.3 大麦HAK/KUP/KT家族系统发育分析
6.2.4 大麦HAK/KUP/KT家族蛋白亚细胞定位及跨膜域分析
6.2.5 Hv HAK13和Hv HAK1.1 的克隆与亚细胞定位
6.2.6 Hv HAK13和Hv HAK1.1 组织表达模式分析
6.2.7 爪蟾卵母细胞异源表达
6.3 结果与分析
6.3.1 大麦HAK/KUP/KT基因家族成员鉴定
6.3.2 大麦HAK/KUP/KT基因染色体分布及模体和功能域分析
6.3.3 大麦HAK/KUP/KT基因系统发育分析与分类
6.3.4 大麦HAK/KUP/KT基因在根尖和成熟区表达水平分析
6.3.5 HvHAK13和HvHAK1.1 亚细胞定位
6.3.6 HvHAK13和Hv HAK1.1 组织表达模式
6.3.7 HvHAK13和HvHAK1.1 离子转运特性
6.4 讨论
6.5 小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]干旱胁迫下植物体内活性氧的作用机制[J]. 王福祥,肖开转,姜身飞,曲梦宇,连玲,何炜,陈丽萍,谢华安,张建福. 科学通报. 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]水稻卷叶性状生理生态效应的研究 Ⅱ.光合特性、物质生产与产量形成[J]. 郎有忠,张祖建,顾兴友,杨建昌,朱庆森. 作物学报. 2004(09)
本文编号：3644706
【文章来源】：浙江大学浙江省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
缩略词表
摘要
Abstract
第一章 文献综述
1.1 干旱对植物的影响
1.1.1 干旱对作物生长与产量的影响
1.1.2 干旱对植物生理生化的影响
1.1.2.1 水分和养分的吸收与利用
1.1.2.2 光合作用
1.1.2.3 同化物分配
1.1.2.4 氧化损伤
1.2 植物对干旱的响应
1.2.1 植物形态水平对干旱的响应
1.2.2 植物生理生化水平对干旱的响应
1.2.2.1 渗透调节
1.2.2.2 抗氧化代谢
1.2.2.3 激素调控
1.2.3 植物分子水平对干旱的响应
1.3 钾离子在植物耐旱中的作用
1.3.1 钾离子对植物细胞生理特性和生长的影响
1.3.2 钾离子对水分关系和渗透调节的影响
1.3.3 钾离子对气孔行为和光合作用的影响
1.3.4 钾离子和抗氧化代谢
1.4 HAK/KUP/KT转运蛋白在植物耐旱中的作用
1.5 研究内容和技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 研究方法与技术路线
第二章 大麦耐旱种质筛选与耐旱性筛选指标鉴定
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 大麦材料和生长条件
2.2.2 干旱处理
2.2.2.1 耐旱性筛选
2.2.2.2 耐旱性验证
2.2.3 生物量、含水量和相对含水量测定
2.2.4 叶绿素含量、叶绿素荧光和气孔导度测定
2.2.5 汁液渗透压测定
2.2.6 统计分析
2.3 结果与分析
2.3.1 大麦耐旱基因型筛选
2.3.2 大麦耐旱性验证
2.3.2.1 生物量和相对含水量
2.3.2.2 叶片叶绿素含量、叶绿素荧光和气孔导度
2.3.2.3 叶和茎汁液渗透压
2.3.3 耐旱性筛选的可靠指标
2.4 讨论
2.4.1 拥有丰富遗传变异的自然群体是挖掘大麦耐旱性的重要资源
2.4.2 在多种干旱条件下进行评价能更可靠地鉴定到真正的耐旱基因型
2.4.3 合适的试验方法和筛选指标是耐旱性鉴定结果准确的基本保证
2.5 小结
第三章 大麦K~+吸收与转运调控能力与耐旱性的关系
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 供试材料、生长条件及处理
3.2.2 生物量和叶片萎蔫率
3.2.3 叶绿素含量、叶绿素荧光和气孔导度
3.2.4 相对含水量
3.2.5 汁液渗透压
3.2.6 钾离子含量
3.2.7 离子流测定
3.2.8 实时荧光定量PCR
3.2.9 统计分析
3.3 结果与分析
3.3.1 不同大麦基因型的耐旱性差异
3.3.2 干旱胁迫处理对不同大麦基因型植株相对含水量与渗透压的影响
3.3.3 干旱胁迫处理对不同大麦基因型K~+吸收和积累的影响
3.3.4 干旱胁迫处理对不同大麦基因型根系质子泵活性的影响
3.3.5 干旱胁迫处理对不同大麦基因型K~+和H~+跨膜转运相关基因表达量的影响
3.4 讨论
3.4.1 大麦K~+吸收能力的基因型差异与耐旱性差异密切相关
3.4.2 干旱胁迫下K~+离子通道和转运蛋白对根系吸收和向地上部转运K~+至关重要
3.4.3 干旱胁迫下质膜质子泵活性在调节K+跨膜运输中起重要作用
3.5 小结
第四章 大麦根尖和成熟区响应干旱胁迫差异分析
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 供试材料、生长条件与干旱处理
4.2.2 K~+净离子流测定
4.2.3 H_2O_2和O_2~(·-)染色及镜检
4.2.4 RNA提取及测序
4.2.5 序列比对、定量及差异分析
4.2.6 GO富集分析
4.2.7 qRT-PCR验证
4.2.8 统计分析
4.3 结果与分析
4.3.1 大麦根对干旱胁迫的组织特异性响应
4.3.2 干旱胁迫下根尖和成熟区的转录表达谱
4.3.3 干旱胁迫下根尖和成熟区共有和组织特异的响应模式
4.3.4 干旱胁迫下根尖和成熟区转录因子的表达模式
4.4 讨论
4.4.1 根尖和成熟区对干旱胁迫的敏感性不同
4.4.2 根尖和成熟区在干旱胁迫响应模式上存在差异
4.4.3 氧化胁迫适应性反应在干旱胁迫响应中具有重要作用
4.5 小结
第五章 大麦根尖和成熟区响应干旱胁迫的小RNA组分析
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 供试材料、生长条件及干旱处理
5.2.2 小RNA提取及测序
5.2.3 数据过滤、比对、表达定量及差异分析
5.2.4 miRNA鉴定、靶基因预测及miRNA-mRNA互作网络构建
5.2.5 GO和 KEGG分析及miRNA-mRNA调控网络构建
5.2.6 qRT-PCR验证
5.3 结果与分析
5.3.1 干旱胁迫下大麦根尖和成熟区的小RNA表达谱分析
5.3.2 靶基因预测和miRNA-mRNA互作网络构建
5.3.3 miRNA-mRNA调控网络构建
5.4 讨论
5.5 小结
第六章 大麦HAK/KUP/KT基因家族及HvHAK13和HvHAK1.1 初步分析
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 大麦HAK/KUP/KT家族成员筛选与鉴定
6.2.2 大麦HAK/KUP/KT家族模体、功能域及染色体分布分析
6.2.3 大麦HAK/KUP/KT家族系统发育分析
6.2.4 大麦HAK/KUP/KT家族蛋白亚细胞定位及跨膜域分析
6.2.5 Hv HAK13和Hv HAK1.1 的克隆与亚细胞定位
6.2.6 Hv HAK13和Hv HAK1.1 组织表达模式分析
6.2.7 爪蟾卵母细胞异源表达
6.3 结果与分析
6.3.1 大麦HAK/KUP/KT基因家族成员鉴定
6.3.2 大麦HAK/KUP/KT基因染色体分布及模体和功能域分析
6.3.3 大麦HAK/KUP/KT基因系统发育分析与分类
6.3.4 大麦HAK/KUP/KT基因在根尖和成熟区表达水平分析
6.3.5 HvHAK13和HvHAK1.1 亚细胞定位
6.3.6 HvHAK13和Hv HAK1.1 组织表达模式
6.3.7 HvHAK13和HvHAK1.1 离子转运特性
6.4 讨论
6.5 小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 展望
参考文献
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]干旱胁迫下植物体内活性氧的作用机制[J]. 王福祥,肖开转,姜身飞,曲梦宇,连玲,何炜,陈丽萍,谢华安,张建福. 科学通报. 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]水稻卷叶性状生理生态效应的研究 Ⅱ.光合特性、物质生产与产量形成[J]. 郎有忠,张祖建,顾兴友,杨建昌,朱庆森. 作物学报. 2004(09)
本文编号：3644706
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