低磷胁迫下不同玉米自交系幼苗的生长、磷素分配特征及相关响应基因表达研究

发布时间：2017-08-05 05:10

  本文关键词：低磷胁迫下不同玉米自交系幼苗的生长、磷素分配特征及相关响应基因表达研究

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【摘要】：磷是植物正常生长发育所必需的大量元素之一,参与植物光合作用、呼吸作用、碳代谢、信号传导和能量代谢等生理过程。据调查,世界范围内大量耕地有效磷缺乏,严重影响植物生长和作物产量。玉米(Zea mays L.)是一种重要的粮食作物兼饲料作物,玉米苗期是其生长的关键期和敏感期,磷缺乏严重抑制幼苗生长和后期发育。因此,对玉米苗期耐磷机制的研究不仅具有重要的科学意义,也将为农业上耐低磷品种的筛选和培育提供重要的理论指导。本研究在前期研究的基础上,以2个玉米自交系QXN233(耐低磷型),QXH0121C(低磷敏感性)为材料,通过沙培方法进行耐低磷特性的测定,并对这2个不同低磷耐性自交系进行干物质含量、根系形态和磷元素含量的检测分析。进一步通过Real-time PCR技术,检测了低磷胁迫应答的相关基因ZmPht1;1(GRMZM2G070087),ZmPht1;3(GRMZM2G112377),ZMPho2;5(GRMZM2G466265),ZmPht3;5(GRMZM2G009045)。所获得的结果如下:(1)在低磷条件下,低磷敏感型品种QXH0121C的叶片以及茎部都呈现严重的缺磷症状(颜色呈现严重的紫红色)。就干物重,根冠比,根表面积,根体积,根尖数量这些指标而言,耐低磷品种QXN233都高于敏感型品种QXH0121C。而对于磷素分配,由于玉米自交系要保证在低磷条件下的正常生长发育,因此需要将更多的磷素向地上部运输,故而QXN233整体磷素积累较QXH0121C高,且在根系中磷素的分配比显著低于自交系QXH0121C。(2)ZmPht1;1与ZmPht1;3都属于Pht1磷转运蛋白家族,含有MFS家族保守结构域,ZmPho2;5属于Pho磷转运蛋白家族,含PKc和UBCc家族保守结构域,ZmPht3;5属于Pht3磷转运蛋白家族,含有Mito-carr家族保守结构域,这4个基因的编码蛋白都与高粱的同源性较高。(3)通过荧光实时定量PCR检测4个基因在低磷胁迫下的2个玉米自交系中的表达差异,结果显示:1)正常供磷水平下,ZmPht1;1,ZmPht1;3在2个玉米自交系叶片中的表达量均无较明显的变化,但低磷胁迫下,ZmPht1;1和ZmPht1;3在QXH233叶片中的基因表达量分别为QXH0121C叶中的10倍和40倍左右。2)无论低磷还是正常条件下,ZmPht3;5在QXH233根部的表达量均显著高于其在QXH0121C中的表达;同时,该基因在QXH233根部的表达受到低磷胁迫的抑制。3)低磷胁迫下,ZmPho2;5在QXH233根部显著上调表达,而在QXH0121C的根部则下调表达。并且低磷胁迫时,该基因在QXH233根部的表达量约是在QXH0121C根部的8倍。可以看出上述4个磷转运相关基因均参与了QXH233对低磷胁迫的响应。结合磷素分配的研究结果,推测这是该自交系在低磷条件下能够有较高的磷素积累的原因之一。本研究选取耐低磷型玉米自交系QXN233和低磷敏感的QXH0121C为材料,研究低磷、正常、高磷三个生长条件下,两个自交系幼苗的生长及磷素的分配情况。并进一步确定了4个磷转运相关基因在自交系中的表达模式进行分析,揭示了低磷胁迫对玉米自交系的生长发育的及相关基因表达的影响,进而为寻找关键基因,提供了有价值的信息。这对后期挖掘和利用磷高效有关键的基因,从而提出玉米磷高效育种的策略具有一定的意义。
【关键词】：玉米 磷胁迫 根系 磷含量 基因表达
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S513
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 磷缺乏的现状9
• 1.1.1 磷对植物生长发育的作用9
• 1.1.2 土壤中磷素缺乏的现状9
• 1.2 植物响应低磷胁迫适应性机制的研究进展9-11
• 1.2.1 低磷胁迫对植株表型生长发育的影响9-10
• 1.2.2 低磷胁迫对植株根系的影响10-11
• 1.3 植物响应低磷胁迫的机制11-13
• 1.3.1 磷转运蛋白对低磷胁迫的响应11-12
• 1.3.2 植物胚乳淀粉粒发育与磷转运对低磷胁迫的响应12-13
• 1.4 耐低磷品种鉴定及研究的重要性13
• 1.5 低磷胁迫下相关响应基因的研究进展13-14
• 1.6 本研究的目的和意义14-15
• 1.6.1 玉米耐低磷种质匮乏14
• 1.6.2 表现受环境的影响较大14
• 1.6.3 耐低磷的选择标准14-15
• 1.7 研究内容15-17
• 1.7.1 研究思路15
• 1.7.2 研究内容15
• 1.7.3 创新性15-16
• 1.7.4 技术路线16-17
• 第2章 低磷胁迫下玉米自交系幼苗生长及磷素分配特征17-23
• 2.1 引言17
• 2.2 材料与方法17-19
• 2.2.1 试验材料17
• 2.2.2 培养方法17-18
• 2.2.3 测定项目与分析方法18-19
• 2.3 结果与分析19-22
• 2.3.1 低磷胁迫对不同玉米自交系苗期生长的影响19
• 2.3.2 低磷胁迫对不同玉米自交系根系的影响19-21
• 2.3.3 低磷胁迫对玉米自交系磷吸收及分配的影响21-22
• 2.4 讨论22-23
• 第3章 玉米自交系低磷胁迫应答相关基因的表达和分析23-42
• 3.1 引言23
• 3.2 材料与方法23-27
• 3.2.1 试验材料23
• 3.2.2 培养方法23
• 3.2.3 药品及试剂23
• 3.2.4 生物信息学分析方法23-24
• 3.2.5 实时荧光定量PCR测定方法24-27
• 3.3 结果与分析27-40
• 3.3.1 基因ZmPht1; 1，，ZmPht1; 3，ZmPho2;5，ZmPht3; 5 生物信息学分析27-38
• 3.3.2 ZmPht1; 1，ZmPht1; 3，ZmPho2;5，ZmPht3; 5 基因表达量分析38-40
• 3.4 讨论40-42
• 第4章 结论42-44
• 参考文献44-49
• 致谢49-50
• 作者简介50

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梁翠月;廖红;;植物根系响应低磷胁迫的机理研究[J];生命科学;2015年03期

2 徐立华;徐相波;王玉红;丁一;周柱华;刘月辉;;低磷胁迫对4个玉米自交系幼苗生长及生理生化特性的影响[J];山东农业科学;2014年05期

3 苏顺宗;吴锋锴;刘丹;吴玲;高世斌;;一个玉米Pht1家族磷转运蛋白基因克隆和功能分析[J];核农学报;2013年07期

4 史向远;王秀红;韩彦青;胡婉平;白建荣;刘惠民;;玉米耐低磷基因型的筛选[J];山西农业科学;2012年03期

5 张斌;秦岭;;植物对低磷胁迫的适应及其分子基础[J];分子植物育种;2010年04期

6 张玉兰;王俊宇;马星竹;陈利军;;提高磷肥有效性的活化技术研究进展[J];土壤通报;2009年01期

7 黄爱缨;蔡一林;滕中华;木志坚;王三根;;玉米自交系苗期耐低磷的根系生理特性研究[J];中国生态农业学报;2008年06期

8 张海艳;董树亭;高荣岐;李玉全;;玉米籽粒淀粉积累及相关酶活性分析[J];中国农业科学;2008年07期

9 章爱群;贺立源;门玉英;赵会娥;杨建峰;李德华;;磷水平对不同耐低磷玉米基因型幼苗生长和养分吸收的影响[J];应用与环境生物学报;2008年03期

10 郑建平;李明;;玉米耐低磷特性的研究进展[J];科技信息(科学教研);2007年20期

本文编号：623269