小麦六倍化过程中低氮耐性变异的生理机制研究

发布时间：2020-04-02 00:24

【摘要】：大量考古学和遗传学证据已经证明六倍体普通小麦(Triticum aestivum L.,基因组BBAADD)大约形成于8500年前,由栽培四倍体小麦(T.turgidum,基因组AABB)和粗山羊草(Aegilops tauschii,基因组DD)经杂交和加倍(六倍化)形成。前期研究已经明了,六倍体普通小麦的胁迫抗性明显高于其四倍体祖先。然而,普通小麦适应性增强的生理基础和进化过程仍未得到充分的研究。本文以六倍体小麦及其四倍体和二倍体亲本为材料,研究了小麦六倍化过程中低氮耐性是否变异以及其变异产生的生理学机制。我们在低氮和正常氮条件下培养新合成六倍体小麦(neo-6×,BBAADD)、其四倍体(4×,BBAA)和二倍体(2×,DD)亲本以及天然六倍体小麦(nat-6×,BBAADD),通过测定不同倍性的小麦在两种氮条件下的生长、光合、氮代谢关键酶、氮吸收相关的电生理参数及基因表达,来探讨新合成六倍体小麦低氮耐性是否变异以及变异产生的生理基础。结果表明,在低氮条件下,与四倍体和二倍体亲本相比,新合成六倍体小麦能保持高的光合作用、氮含量以及氮同化效率。在形态水平上,新合成六倍体小麦的根/冠比高于其亲本,这可能是一种适应性生长策略:新合成六倍体小麦利用更多的根向更少的地上部分供应氮,从而促使地上部分氮积累。在电生理水平上,在低氮条件下,新合成六倍体小麦H~+排出速度和NO_3~-的吸收速度都明显高于其四倍体亲本。H~+的大量流出可促进新合成六倍体小麦快速建立质子梯度从而促进其NO_3~-的吸收,进而增加其低氮耐性。在基因表达水平上,新合成六倍体小麦氮吸收相关基因(NPFs和NRTs)的表达量也明显高于其四倍体和二倍体亲本,推测NPFs和NRTs在小麦氮代谢进化过程中起重要作用。总的来说,本实验从生理和分子水平阐述了小麦在六倍体化过程中低氮耐性增加的机制。研究结果将丰富小麦适应性进化理论,也可为小麦耐逆性育种提供理论参考。
【图文】：

第三章 结果与分析一、 不同倍性小麦在两种氮条件下表型的差异我们将 5mM 的 NO3-设定为正常施氮条件，将 0.1mM 设定为低氮条件。在正常氮培养条件下，不同倍性的小麦生长状态均良好，四倍体小麦、新合成六倍体小麦和天然六倍体小麦地上部分生物量相差不大，但新合成六倍体小麦的根系明显比四倍体小麦发达（图 1a，图 1b）。低氮胁迫 28 天后，新合成六倍体小麦地上部分叶片生长较好，衰老程度较低, 而四倍体小麦地上部分叶片明显出现衰老，叶片枯黄的现象（图 1）。尽管新合成六倍体小麦在低氮条件下长势良好，但其地上部分生物量明显低于四倍体亲本（图 1a，图 1b），并且有趣的是，新合成六倍体小麦根生物量和根/冠比都明显高于其四倍体亲本（图 1b）。

图 2. 低氮条件对不同倍性小麦光合作用的影响。gs-气孔导度；PN-净光合速率；Chl-叶绿素；Car-类胡萝卜素；E -蒸腾速率。计算值=平均值±标准误。不同小写字母代表不同倍性间的显著性差异（t 检验，P ＜ 0.05)。对于同一倍性，，*表示正常条件和低氮条件的显著差异（t 检验，P ＜ 0.05）。正常氮条件（5mM）与低氮条件（0.1mM）处理 31 天。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.1

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本文编号：2611172