硅营养影响不同基因型水稻抗虫性的机理

发布时间：2017-10-09 14:01

  本文关键词：硅营养影响不同基因型水稻抗虫性的机理

  更多相关文章： 水稻 硅 稻纵卷叶螟 防御酶 抗虫性相关基因

【摘要】：水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,在我国粮食生产中占有极其重要的位置。咀嚼式口器昆虫稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis, rice leaf floder,LF)是水稻专食性害虫,可对水稻产量造成极大的损害。水稻是典型的硅(Silicon,Si)积累型植物,其中水稻对硅营养的吸收是通过Lsi1转运蛋白完成的,经鉴定Lsil基因的表达仅在根基部内皮层和外皮层的外端表达,所以Lsi基因在根基部的表达对水稻吸收硅起到至关重要的作用。硅既增加宿主植物的物理抗性,又可诱导宿主植物产生化学抗性。茉莉酸及其类似物茉莉酸甲酯等(统称jasmonates,JAS)是一类植物激素,普遍存在于植物体内,是植物体内重要防御信号物质,在抗虫反应中起到重要的作用。本论文以OsLsil基因的RNA干涉(RNA interference,RNAi)转基因水稻为研究材料,以相应的野生型(WT)水稻为对照材料,在水培条件下,以施硅(Si+)和不施硅(Si-)处理,比较两个水稻材料在稻纵卷叶螟取食后的一系列生理生化和信号转导途径响应上的差异,进而揭示硅营养影响水稻抗虫性的机理,为今后农业生产中施用硅肥来提高抗虫性,减少农药对环境的污染和保证粮食安全提供理论指导。主要研究结果如下：1.首先,发现施硅促进水稻生长,具体表现为地上部株高和地下部根长均有所增长。进一步检测发现施硅处理的水稻叶片硅含量和根系硅吸收量也显著升高,尤其是施硅后发现野生型水稻比OsLsil-RNAi材料的吸收更多的硅。此外与抗虫物理防御相关的蜡质含量在施硅处理的野生型(WT+Si)中最高,均显著高于RNAi+Si.WT和RNAi处理。生物测定表明,稻纵卷叶螟取食WT+Si处理的水稻叶片后,害虫体重增量分别比取食RNAi+Si.WT和RNAi处理的减少了55.3%、46.3%和63.4%,说明硅在水稻植株内的沉积确实可以提高植株的抗虫性。2.其次,进一步检测了被稻纵卷叶螟取食后的水稻植株叶片和根系中防御酶及保护酶活性,发现过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性分别在12 h、24 h和48 h达到最高值。其中稻纵卷叶螟取食施硅的野生型水稻(WT+Si)叶片中POD酶活性最高,在24h时达到最大值,而RNAi+Si.WT和RNAi三个处理间POD酶活性无显著差异；根系中POD酶活性与叶片中POD酶活性变化趋势相似,呈现先升高后降低趋势。水稻叶片和根系中的PPO酶活性则都在虫害取食后的12h达到最大值,WT+Si处理植株的PPO酶活性显著高于其他三个处理。虽然虫害取食未施硅的野生型水稻(WT)后也能诱导叶片和根系中的SOD酶活升高,但施硅后能更显著提高野生型水稻的SOD酶活性,进而提高其抗虫性。水稻叶片和根系中的CAT酶活性变化趋势相似,虫害取食也同样诱导WT+Si处理中的CAT酶活性显著提高。与此同时,研究发现丙二醛(MDA)含量在虫害取食的WT+Si处理中含量最低,在RNAi处理中含量最高。而游离脯氨酸含量在虫害取食24h后的WT+Si处理中最高。可见,通过对野生型和OsLsil基因的RNA干涉材料进行施硅和不施硅处理,进一步证明硅营养在植物抗虫中扮演着非常重要的角色。3.最后,用实时荧光定量PCR在分子水平上检测了与咀嚼式口器昆虫相关的JA信号转导途径关键基因的相对表达量。结果表明,稻纵卷叶螟取食可诱导水稻叶片和根系OsLOX、OsAOS和COR-INSENSITIVE1 (COI1a和COI1b)基因表达,且发现虫害取食预先进行施硅处理的水稻,基因的诱导表达量高。此外,也检测了影响昆虫消化的胰蛋白酶抑制剂基因(OsBBPI)的诱导表达量,发现虫害取食预先施硅处理的水稻,可显著诱导该基因表达,且诱导表达量在WT+Si处理中最高,在没有施硅的RNAi材料中最低。另外还发现单独施硅对水稻OsBBPI,OsLOX,OsAOS,OSCOI1a,OsCOI1b基因的表达几乎不产生影响,而OsLsi1基因的表达却与硅处理呈正相关,与稻纵卷叶螟的取食与否不相关。本论文在分子水平上明确了硅在抗咀嚼式口器昆虫中的重要作用。
【关键词】：水稻 硅 稻纵卷叶螟 防御酶 抗虫性相关基因
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S435.11
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 1. 绪论14-24
• 1.1 研究背景14
• 1.2 稻纵卷叶螟的危害14-15
• 1.3 硅元素在土壤中的含量及在植株内的分布15-16
• 1.4 硅肥的发展及应用16
• 1.5 Low silicon rice1(Lsi1)基因对硅的吸收及运输16-18
• 1.6 国内外硅营养研究进展18-21
• 1.6.1 硅对植物生长的影响18
• 1.6.2 硅对植物光合及蒸腾作用的影响18-19
• 1.6.3 硅对植物抗生物胁迫的影响19-20
• 1.6.4 硅对植物抗非生物胁迫的影响20-21
• 1.7 植物防御及茉莉酸信号转导途径21-22
• 1.8 硅调节植物的抗虫性机制22-23
• 1.9 研究目的、意义及技术路线23-24
• 2. 施硅与稻纵卷叶螟为害对水稻生长和抗虫性的影响24-33
• 2.1 材料与方法24-26
• 2.2 测定指标及方法26-28
• 2.2.1 水稻生长及蜡质含量的测定26
• 2.2.2 水稻硅含量及抗虫性生物测定26-28
• 2.3 数据处理28
• 2.4 结果与分析28-32
• 2.4.1 施硅对水稻生长及蜡质含量的影响28-30
• 2.4.2 施硅对水稻硅积累及抗虫性的影响30-32
• 2.5 结论32-33
• 3. 施硅与稻纵卷叶螟为害对水稻生理生化的影响33-45
• 3.1 材料与方法33-34
• 3.2 测定指标与方法34-36
• 3.2.1 水稻植株体内游离脯氨酸含量的测定34
• 3.2.2 水稻植株体内丙二醛(MDA)含量的测定34
• 3.2.3 超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定34-35
• 3.2.4 过氧化氢酶(CAT)活性的测定35
• 3.2.5 多酚氧化酶(PPO)活性的测定35-36
• 3.2.6 过氧化物酶(POD)活性的测定36
• 3.3 数据处理36
• 3.4 结果与分析36-45
• 3.4.1 施硅及虫害取食对水稻叶片游离脯氨酸含量的影响36-37
• 3.4.2 施硅及虫害取食对水稻叶片和根系丙二醛(MDA)活性影响37-39
• 3.4.3 施硅及虫害取食对水稻叶片和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响39-40
• 3.4.4 施硅及虫害取食对水稻叶片和根系过氧化氢酶(CAT)活性的影响40-42
• 3.4.5 施硅及虫害取食对水稻叶片和根系多酚氧化酶(PPO)活性的影响42-43
• 3.4.6 施硅及虫害取食对水稻叶片和根系过氧化物酶(POD)活性的影响43-45
• 3.5 结论45
• 4. 施硅与稻纵卷叶螟为害后水稻Lsi1基因和防御基因的诱导表达45-59
• 4.1 材料与方法45-46
• 4.2 水稻总RNA的提取及双链cDNA的合成46-48
• 4.3 Real-Time PCR引物及测定表达的目的基因48-50
• 4.4 数据处理及统计方法50
• 4.5 施硅对稻纵卷叶螟取食后水稻根系中Lsi1基因诱导表达50-52
• 4.6 施硅及虫害取食对胰蛋白酶抑制剂合成酶基因(BBPI)的诱导表达52-53
• 4.7 施硅及虫害取食对JA途径相关基因的诱导表达53-58
• 4.8 结论58-59
• 讨论59-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士期间发表论文69
• 攻读硕士期间获奖情况69

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