壳寡糖提高水稻幼苗抗寒性的机理研究

发布时间：2020-06-26 12:24

【摘要】：水稻是世界上最重要的农作物之一,它对寒冷的胁迫非常敏感,尤其是在幼苗阶段。不可预测的低温胁迫会导致水稻产量显著下降(5-10%),并对农业经济产生不利影响。因此,提高水稻耐寒能力是提高作物产量的关键。壳寡糖是一种环境友好的免疫诱抗剂,已被广泛应用于植物免疫系统中。但壳寡糖诱导水稻抗寒的机制尚不完全清楚,本论文旨在探究壳寡糖提高水稻幼苗抗寒性的机制,以期为壳寡糖作为植物免疫诱抗剂应用于农业中提供科学依据。首先,在本研究中,探究了两种不同脱乙酰度的壳寡糖在不同处理方式下的抗寒效果。结果表明,两种壳寡糖在根系处理时效果最好。低温处理后,施用脱乙酰度为98%的壳寡糖时,100 mg/L壳寡糖根系处理株抗寒效果最佳,其单株鲜重与对照株相比增加了7.95%,相对电导率降低了34.9%;施用脱乙酰度为86%的壳寡糖时,150 mg/L壳寡糖根系处理株抗寒效果最佳,其单株鲜重相较于对照株增加了 6.25%,相对电导率下降了 38.0%。综合实验结果和经济效益表明,150 mg/L脱乙酰度为86%的壳寡糖在根系处理时效果更好。其次,进一步深入探讨壳寡糖对水稻幼苗抗寒性的影响。比较了壳寡糖处理前后水稻渗透压调节物质、光合作用和根系活力的相关指标。结果表明:1)壳寡糖能有效地促进低温条件下水稻叶片渗透调节物质的积累,其中脯氨酸、可溶性糖的含量较对照组分别增加了 13.9%、3.22%;2)壳寡糖处理株在经过低温胁迫后再恢复处理时,其叶绿素的修复能力更强。恢复处理14天后,其叶绿素a,b相对于对照组分别增加了40.2%、44.9%;3)壳寡糖能有效的促进植物根系生长,激发根系活力,壳寡糖处理株在低温下的根系活力相比于去离子水处理株增加了168.5%。此外,基于上述壳寡糖对水稻幼苗根系的影响,进一步探究了壳寡糖对水稻根系方面的影响,测定谷氨酸代谢相关酶酶活,并用荧光定量PCR验证了壳寡糖处理前后相关酶基因的表达。结果表明,壳寡糖能有效调节与谷氨酸代谢相关的基因从而增强谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性,降低谷氨酸脱氢酶的活性,使低温胁迫下谷氨酸得到更多积累。积累的谷氨酸为脯氨酸的合成提供了更多的来源。最后,深入分析壳寡糖对脯氨酸代谢的影响,并运用荧光定量PCR技术,进一步分析脯氨酸代谢相关酶基因的表达。结果表明,在低温条件下,壳寡糖能有效地诱导△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶、△1-吡咯啉-5-羧酸还原酶和δ-鸟氨酸转氨酶基因的表达,抑制脯氨酸脱氢酶基因的表达。从而使△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶和δ-鸟氨酸转氨酶活性增加而有利于脯氨酸的积累。本文研究结果表明,壳寡糖可以通过作用于水稻幼苗根系,积极调节谷氨酸代谢来加速谷氨酸合成、进一步诱导脯氨酸代谢使脯氨酸含量增加来调节渗透压,从而使水稻幼苗有较高的抗寒性。希望本实验能够为壳寡糖产品的应用提供更充分的理论依据,为抗寒基因的研究及植物抗寒育种工作提供新的思路。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S511
【图文】：

技术路线图,技术路线

图１．４技术路线逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ邋ｓｃｈｅｍｅ逡逑

凝胶过滤色谱,壳寡糖,凝胶过滤色谱,重均分子量

逦第１５页逡逑样品Ｂ的脱乙酰度为８６％，简称Ｄ．Ｄ邋８６％壳寡糖。图２．１为检测的壳寡糖样品凝胶色谱逡逑图，如图２．１Ａ所示样品Ａ重均分子量约为１７００邋Ｄａ，如图２．１Ｂ所示样品Ｂ重均分子量逡逑约为２０００邋Ｄａ。为了进一步了解壳寡糖，采用飞行时间质谱仪对两种不同脱乙酰度的壳逡逑寡糖检测，扫描范围２００－２５００邋ｍ／ｚ。结果如图２．２所示。逡逑Ａ逡逑０．１逦＾逡逑—邋彳，－’逡逑－４００．００－逦／逡逑？６００．００－逡逑－８００．００－逦Ｉ逡逑－１０００．００－逦Ｉ邋／逡逑－１２００．０＾逦＼ｌ邋Ｗ逡逑．逦￡ｉ逦１６８７逦１６６２逡逑？邋ｉ邋＜逦？邋ｊ邋＊邋ｔ邋（邋ｉ逦Ｉ邋ｉ邋ｉ邋＞逦｜邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋＞逦｝逦＊逦＞邋ｉ邋？邋ｊ邋ｉ邋＞逦（逦＊邋ｊ邋ｉ邋＜＂逦＜逦＞逡逑０．００逦５．００逦１０．００逦１５．００逦２０．００逦２５．００逦３０．００逦３５．００逦４０．００逦４５．００逡逑Ｂ逦ｍｉｎ逡逑２００．００＂逦ｉ＼逡逑０００邋—．—逦．．．．．．．．．逦；邋一一一一逡逑＇邋■邋／’逡逑－２００．００－逦ｉ逦／逡逑＾逦－４００．００逦ｌ逦／逡逑＜邋ｊ逦＼逡逑＼邋／逡逑－６００．００逦／逡逑：逦／逡逑－ａｘ）．ｏｏ－逦Ｉ逦／逡逑；逦ｊ逦／逡逑－１０００，０（ｈ逦ｌ逦／逡逑＼Ｊ逦ＭＰ逡逑－１２００

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