水分亏缺对小麦旗叶与穗部C3、C4光合途径关键酶及其中间产物代谢的影响

发布时间：2020-06-08 06:27

【摘要】：小麦作为我国三大粮食作物之一,生长过程中容易遭受高温等多种极端环境侵袭,从而影响其产量形成,其中干旱是限制我国小麦产量的主要因素。灌浆期是决定小麦最终产量的重要时期。研究表明,水分亏缺下穗部器官与旗叶相比具有光合持久性、更强耐旱性和衰老延迟性。因此,阐明干旱条件下小麦穗器官抗旱和高光效生理机制,可望为耐旱小麦新品种创制提供研究基础。本研究采用生物信息学手段,基于小麦基因组数据,分析小麦C4光合途径关键酶基因序列。采用盆栽试验,选用郑引1号小麦品种作为试验材料,研究灌浆期水分亏缺对小麦旗叶及穗部器官(颖片、外稃)净光合速率、C3、C4光合途径关键酶活性、基因表达模式及其相关代谢产物的影响。明确小麦旗叶及穗部苞片C4光合途径关键酶对水分亏缺的响应差异。获得如下主要结果:1、灌浆期内,穗部净光合速率先升后降,水分亏缺下,小麦旗叶光合速率显著降低,而穗部净光合速率降低不明显,水分亏缺对小麦旗叶光合速率的影响高于穗部。灌浆期内,旗叶、颖片及外稃Rubisco羧化酶活性明显下降,光合能力显著降低,旗叶中该酶活性降幅高于颖片和外稃。灌浆前期(0-6 DAA),穗部器官(颖片、外稃)C4光合途径关键酶(PEPC、NADP-MDH、NADP-ME、PPDK)活性呈上升趋势,花后6 d(6 DAA)达到峰值,灌浆中后期呈逐渐下降趋势。水分亏缺下,与正常供水相比,灌浆中期(12 DAA、18 DAA)颖片和外稃C4光合途径关键酶活性显著上升,而旗叶中则下降,且活性明显低于颖片等穗部苞片。水分亏缺下穗部C4光合途径关键酶活性升高可能是穗部苞片逆境条件下具有一定生理优势的内在原因。2、通过从数据库检索获得小麦PEPC等C4光合途径关键酶基因序列。分析C4植物(玉米、狗尾草)和C3植物(小麦、水稻、二穗短柄草)PEPC等C4光合途径关键基因进化关系表明,小麦C4光合途径关键基因与二穗短柄草和水稻的相关性最高,同时也与玉米C4光合途径关键基因序列有一定同源性。水分亏缺下旗叶Rubisco基因表达明显下调,但灌浆前期,颖片等穗部器官基因表达水平显著上升,表明穗部器官水分亏缺下仍能维持一定的高光效。水分亏下,灌浆前期(1-6 DAA)颖片和外稃中PEPC等C4光合途径关键酶基因表达明显上调,在灌浆中后期仍维持一定水平,且明显高于旗叶中表达水平,其结果与酶活性变化类似。水分亏缺能够从转录水平增强C4途径关键酶表达,并在旗叶和穗部苞片中表现出不同表达模式,可能是水分亏缺对穗部器官影响较小的分子基础。3.水分亏缺下小麦旗叶C4光合途径关键酶代谢途径的中间产物有机酸(苹果酸、草酰乙酸、柠檬酸、延胡索酸)含量降低,三羧酸循环(TCA)循环产物减少。灌浆中期(12 DAA、18 DAA)水分亏缺可诱导颖片和外稃有机酸含量明显上升,而旗叶中则下降。灌浆前期颖片和外稃有机酸含量逐渐上升,6 DAA达到峰值,而后在灌浆中后期逐渐下降,表现出与相应酶活性类似趋势。说明小麦不同器官C4光合途径关键酶在代谢水平差异明显,为揭示穗部器官光合的持久性和衰老的延迟性奠定了物质代谢基础。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S512.1

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