白沙蒿抗旱生理及相关基因的研究

发布时间：2020-03-03 16:41

【摘要】：白沙蒿(Artemisia sphaerocephala)属于菊科蒿属强旱生植物,主要分布于荒漠区和草原区的沙地,是重要的防风固沙植物。本文以白沙蒿为研究对象,并以同为蒿属沙生半灌木的黑沙蒿(Artemisia ordosica)(旱生)作为对照,探讨了不同干旱胁迫下两种植物生长及生理变化的特点;并通过转录组测序技术得到了白沙蒿在不同干旱胁迫下的差异表达基因,通过注释筛选出抗旱相关的功能基因和调控基因,对这些基因的相关特性进行了分析。研究的主要结果如下:1.从生长量来看,两种植物的茎增长量随着水分胁迫的加剧而下降,且超重度水分胁迫(SS)与重度水分胁迫(S)处理下茎增长量差异不大,表现出重度胁迫已经严重影响了白沙蒿的生长。从植物的受胁迫症状来看,在中度水分胁迫处理(M)下,黑沙蒿叶片出现较轻微的萎蔫,而白沙蒿几乎没有受到影响;在重度水分胁迫处理(S)下,黑沙蒿基部的叶片开始变黄,而白沙蒿只是出现上部叶片萎蔫的情况;而进一步的水分胁迫(SS),黑沙蒿上部叶片已经严重萎蔫,基部叶片干枯发生脱落,白沙蒿的叶片萎蔫也较为严重,下部叶片开始变黄。反映出白沙蒿相对于黑沙蒿而言,在相同水分胁迫下,症状较轻,具有较强的抗旱性。2.从各生理指标来看,水分生理指标中,白沙蒿在相同胁迫处理下比对照植物黑沙蒿具更高的含水量,并且质膜透性较低,反映出受到的伤害更小。两种植物在干旱胁迫下,三种保护酶SOD、POD、CAT活性的变化与大部分植物相似,没有统一且明显的变化规律,表现出应对干旱胁迫过程中的协同作用。两种植物随着水分胁迫的加剧,在S处理和SS处理下,脯氨酸含量均显著上升,表现出对干旱胁迫的积极响应,并且黑沙蒿的变化幅度大于白沙蒿,但结合生长状况和水分生理来看,脯氨酸的变化只能反映两种植物对干旱的积累情况,不适宜作为植物抗旱性高低的评判指标。3.在差异表达基因中筛选出25条抗旱相关功能基因,与15个物种具有一定的同源性,得到与白沙蒿具有高度同源性的物种有甘菊、黄花蒿、烟草和向日葵,这些基因的启动子元件多集中在MYB结合位点MBS、防御和应激反应中的顺式作用元件TC-rich repeats以及伤病响应WRKY结合位点W-box。合成渗透调节物质中P5CS 2条基因均出现上调表达,与生理试验结果一致,与海藻糖合成相关的2条基因中有1条上调表达,可能参与了抗旱调控。保护酶系统中,仅发现POD和APX基因出现差异表达,但两类基因均出现下调表达。保护大分子物质中,LEA蛋白的8条差异表达基因中只有1条出现上调表达,水通道蛋白的9条基因都出现下调表达,与干旱的调控有关。4.白沙蒿中与抗旱相关的五类主要转录因子基因在不同干旱处理下出现差异表达的共37条,可与21个物种具有相当的同源性,但与黄花蒿、菊花和泡黄金菊的同源性高度一致。在这些差异表达基因中,属于AP2/EREBP类的共15条、属于WRKY类的8条、属于MYB/MYC类的共10条、属于bZIP及NAC类各2条。AP2/EREBP、NAC、MYB/MYC类转录因子的基因在随着干旱胁迫的加重既有逐级上调表达的,也有逐级下调表达的,WRKY类转录因子的8条基因均出现下调表达,而b ZIP类转录因子的2条基因都发生上调表达。它们的作用机理以及是否参与了抗旱调控,还需要进一步的试验验证。
【图文】：

增长量,白沙蒿,黑沙蒿,水分胁迫

对干旱的耐受性更强。分别于胁迫处理开始时和结束后测定所有植株的株高，以株高差值作为胁迫期间的茎的生长量。从图3-1中可以看出，白沙蒿的茎增长量随着水分胁迫的加剧而下降，对照组黑沙蒿也呈现同样的趋势。白沙蒿茎增长量值在对照（CK）、中度水分胁迫（M）、重度水分胁迫（S）间呈现逐次显著性下降（P<0.05），CK 处理组是 S 处理组值的 3.26 倍，，水分进一步下降的 SS 处理与 S 处理差异不大，表现出重度胁迫已经严重影响了白沙蒿的生长，平均增长量不足 1cm。黑沙蒿的茎生长量在中度胁迫（M）时也明显下降，但之后差异不显著。对于同种处理下的两种植物，在 CK 和 M 两个处理中，白沙蒿的茎生长量显著大于黑沙蒿，但其余两个处理组差异不大。说明水分严重亏缺显著抑制两种植物的生长

叶片相对含水量,相对电导率,白沙蒿,透性

3-2 不同水分胁迫对叶片相对含水量的影响ct of different water stress on leaf relative watercontent透性的变化时，透性增加，电解质会发生外泄，可由植物的中可以发现，两种植物的相对电导率随着土壤水水分胁迫的加剧，白沙蒿的相对电导率虽上升，在 SS 处理下，相对电导率也仅比对照组上升了干旱胁迫处理下，白沙蒿的质膜没有受到过大的而黑沙蒿在 CK、M、S 处理下相对电导率的变著差异，但当水分亏缺处理进一步加剧（SS），值比对照组增加 9.17%，增幅达到 60.17%，即%，相对电导率增加值也达到 8.29%，增幅为 51CK M S SS
【学位授予单位】：内蒙古师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q943.2;Q945.78

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