激光照射增强小麦抗旱性的分子机制研究

发布时间：2020-07-31 08:56

【摘要】：本研究以小麦“矮抗58”为材料,使用10%聚乙二醇6000(10%PEG6000)作为模拟干旱胁迫的渗透剂,研究3 min He-Ne激光照射对10%PEG6000干旱胁迫下小麦幼苗生长发育及生理生化指标的影响,同时采用高通量Illumina HiSeq2000测序平台技术,对正常生长处理组(CK)、10%PEG6000干旱胁迫处理组(P)、单独使用3 min He-Ne激光照射处理组(L)、3 min He-Ne激光照射+10%PEG6000干旱胁迫复合处理组(L+P)的小麦幼苗进行转录组测序,获得大量与小麦幼苗响应干旱胁迫紧密相关的基因表达信息,并运用现代分子生物学和生物信息学等手段筛选特异表达基因(DEGs),并对特异表达基因进行注释、分析和验证,主要研究结果如下:干旱胁迫显著降低了小麦幼苗的株高、根长、鲜重、干重、相对含水量、叶绿素含量和蛋白质含量;而显著增加小麦幼苗的MDA含量、抗氧化酶SOD、CAT和APX的活性及抗氧化物质含量。与干旱胁迫处理相比,3 min He-Ne激光照射+10%PEG6000干旱胁迫复合处理下,小麦幼苗的株高、根长、鲜重、干重、相对含水量、叶绿素含量、蛋白质含量、抗氧化酶SOD、POD和APX的活性及抗氧化物质含量显著增加,而小麦幼苗的MDA含量显著降低。运用I11umina HiSeq2000高通量测序技术建立了小麦转录组数据库,获得CK、P、L和L+P的原始数据分别为30 890 152、36 407 862、31 799 704和26 286 622,过滤后的数据分别为29 987 786、35 133 470、30 566 204和24 955 236。通过对表达基因序列组装、功能注释和代谢途径等分析,获得大量功能基因和代谢通路。在L+P与P文库中,我们对挑选出来的1 297个差异表达基因进行GO功能富集分析和KEGG代谢途径分析,1 000个基因参与细胞组分,1 384个基因参与分子功能,2 237个基因参与生物学过程;丙酮酸代谢、植物病原体相互作用和植物激素相互转导等9种途径影响显著。通过GO和KEGG等数据库的功能注释和代谢途径分析,发现小麦在响应干旱胁迫过程中主要表现在植物激素信号转导和糖代谢通路中。被注释的差异表达基因中,与ABA合成有关的酶、与干旱相关的转录因子以及功能蛋白等在表达中显著上调。上述结果表明,干旱胁迫对小麦幼苗的形态结构和生理生化功能影响显著,而3 min He-Ne激光照射可有效缓解干旱胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用,并通过促进其叶片中酶类和渗透胁迫性物质的产生,有效减少干旱胁迫产生的脂质过氧化物含量,从而提高其耐旱性。同时从转录组学水平上探讨了3 min He-Ne激光照射后经干旱胁迫的小麦幼苗转录组基因的差异表达情况,通过高通量测序表达谱分析,获得了与3 min He-Ne激光照射小麦抗旱性紧密相关的特异表达基因,解析激光照射增强小麦抗旱性过程中一些关键基因的生物学功能,进一步挖掘相关基因并揭示3 min He-Ne激光照射增强小麦抗旱性的分子机制,并为He-Ne激光辐照应用于提高植物抗旱性的研究提供科学依据和理论基础。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1
【图文】：

小麦幼苗,干旱胁迫,激光照射

-Ne 激光照射对干旱胁迫下小麦幼苗形态、生理和生化指e-Ne 激光照射对干旱胁迫小麦幼苗生长发育的影响了分析 He-Ne 激光照射对干旱胁迫小麦幼苗在植物表型中的影响，我们 15 天左右的 3 个处理组和对照组小麦幼苗植株进行拍照，如图 3-1 所示下，小麦幼苗的长势弱于对照组，而激光照射经干旱胁迫处理的小麦幼理的小麦幼苗长势好。然后分别选取 21 株小麦幼苗，对它们的株高和主统计分析（表 3-1）。结果显示：干旱胁迫处理的小麦幼苗，其株高和上要比对照组植株短（P<0.05）；3 min He-Ne 激光照射+10% PEG6000 理组，其植株的株高和根长明显高于干旱胁迫处理的小麦幼苗（P<0.05比表型无显著差异。

小麦幼苗,干旱胁迫,激光照射,叶片相对含水量

第三章结果与分析和叶绿素总量均显著降低（P<0.05）；与干旱胁迫处理组相比，3 min He-Ne 激光照射的小麦幼苗经干旱胁迫后，其叶绿素 a、叶绿素 b、叶绿素总量均显著提高（P<0.05）这些结果表明：干旱胁迫负面影响小麦幼苗的各个生理水平方面；我们推测 He-Ne 激光照射干旱胁迫下的小麦幼苗可能与叶绿素积累的合成相关，但对于其调控机制还需要进一步的验证。

小麦幼苗,干旱胁迫,酶活性,激光照射

激光照射增强小麦抗旱性的分子机制研究图 3-3 所示：在干旱胁迫下，小麦幼苗的 SOD、CAT 和 APX 酶活性均显著升高（P<0.05）而 POD 酶活性在一定程度上有所升高，这说明小麦幼苗的 SOD、POD、CAT 和 APX酶活性增强对干旱胁迫具有适应性，从而提高小麦幼苗的抗旱性。与干旱胁迫处理组相比，3 min He-Ne 激光照射的小麦幼苗经干旱胁迫后，其 SOD、POD 和 APX 酶活性显著增强（P<0.05），而 CAT 酶活性在一定程度上有所增加，这些结果说明：3 min He-N激光照射可以在一定程度上缓解干旱胁迫造成的氧化损伤，从而增强了小麦幼苗对干旱胁迫的适应性反应。

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