棉花生长过程中干旱胁迫对三个棉种的分子和理化参数的影响

发布时间：2020-04-29 15:22

【摘要】：干旱是全球影响植物生长和农业生产的重要非生物胁迫之一。目前干旱胁迫在自然和农业环境中反复发生。因此,发展作物耐旱性是实现经济增长的必要条件。在这方面,最有效和最好的方法是开发耐旱植物物种。在棉花等重要的经济作物中,鉴定耐旱遗传资源,了解其耐旱机理是十分必要的。棉花不仅是工业纤维作物,其种子富含蛋白质(20-40%)和油脂(18-24%),在饲料和油料工业中也发挥着重要作用。棉花被称为“白金”,它是大自然给人类最独特的礼物。相比其他作物棉花的抗旱能力稍大,但其生长和生产也极大的受到干旱胁迫的影响。为此,本研究以三个棉种(陆地棉、海岛棉和亚洲棉)为材料,用转录组分析技术研究了棉花耐旱胁迫的相关异基因和关键途径,旨在阐明的耐干旱的生理和分子机制。主要的研究结果如下:1棉花耐旱的分子和生理生化特征水是作物各个生长阶段所必需的,缺水的干旱胁迫严重影响了棉花的生长和生产因此,研究和寻找棉花等重要经济作物的耐旱机制和耐旱遗传资源是十分必要的。本研究在标准种植条件下,对TM-1(陆地棉)、中棉-16(亚洲棉)和Pima4-s(海岛棉)三个不同棉种的不同生长指标进行了分子和生理生化分析。干旱胁迫显著降低了植物生长速度、叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSII的最大光化学效率(Fv/Fm)和相对含水量。TM-1比其他两个棉种具有更强的耐受性,表现为脯氨酸、可溶性蛋白质、可溶性糖、过氧化氢(H202)和超氧自由基(O2·-)的积累显著增加。此外,TM-1在干旱条件下还保持了叶绿体结构的完整性。在干旱条件下,TM-1体内ERF、ERFB、DREB、WRKY6、ZFP1、FeSOD、CuZn,SOD、MAPKKK17、P5CR和PRP5等干旱响应基因的相对表达水平都显著增加,表明TM-1比中棉-16和Pima4-S具有更强的干旱耐受性。这项研究的结果可用于预测耐旱棉花的基因型以及培育棉花新种质。干旱胁迫条件下三个棉种在生理过程及关键途径中的转录组比较分析2.干旱胁迫条件下三个棉种在生理过程及关键途径中的转录组比较分析干旱是严重影响世界棉花生长和生产的非生物胁迫之一。然而,棉花耐旱性的分子 机制和调控基因尚不明确。本研究采用高通量测序技术,研究了三个棉(TM-1、中棉-16和Pima4-s)在干旱胁迫下的基因表达图谱。共鉴定出6968个差异表达基因,其中TM-1为2053基因,中棉-16为742个基因,Pima4-s为4173个基因。在基因本体分析中,对总差异表达基因进行了注释,并对其进行功能分组。耐旱棉种(TM-1)显示出干旱胁迫下植物激素信号转导和代谢途径的富集,发现与ICE1、MYB44、FAMA等乙烯反应基因相关的多种转录因子在干旱胁迫耐受中起着关键作用。干旱还导致与脱落酸(ABA)反应有关基因(NCED、PYL、PP2C和SRK2E),与ROS相关的小热休克蛋白基因,以及18.1 KDa、YLS3、ODORANT1等功能基因的表达发生重大变化。这些研究结果有利于更深入地了解棉花适应干旱胁迫的分子机制。3.生殖期干旱对三个棉种形态、生理生化参数、产量和纤维品质的影响干旱是抑制棉花生长发育的有害非生物胁迫,对其营养阶段、生殖阶段、叶片生理、分子反应和代谢的影响也在研究。然而,基于生殖阶段反应的耐受棉种评估尚未进行广泛的试验,因此本研究的目的是评估干旱对三个棉种生殖阶段的影响。据推测,干旱胁迫会在生殖阶段对这些棉花品种产生影响,但耐受棉种会更有效地改善反应,并能产生较好的棉花产量。为研究这一假设,2016年6月在中国杭州市紫金港校区浙江大学试验田进行了 10天的生殖阶段干旱田间试验。干旱胁迫对植株高度、总干重、生长参数和生理参数有显著影响(P0.05),但不同棉种受影响的强度有明显不同。在干旱胁迫条件下,与其他两种基因型(亚洲棉“中棉-16”和海岛棉“Pima4-s”)相比,陆地棉“TM-1”基因型中的丙氨酸含量和可溶性糖均有增加,这表明棉花在危急条件下可通过调节渗透压来调节其耐受性。在TM-1基因型中,SOD、POD、CAT和APX等酶均显著增加(P0.05),H2O2、O2·-和MDA的积累程度较低,也表明TM-1基因型耐旱水平较高。而且,TM-1在干旱胁迫下产生较高的籽棉产量,也影响马克隆值(纤维细度)、伸长率、强度和衣分。实验表明,在生殖阶段干旱对棉花植株的影响更为严重,但耐受品种总是比敏感品种更有效地克服了应激相关的局限性。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S562
，

本文编号：2644723