马铃薯对不同生育时期水分胁迫及复水的生理和分子响应机制

发布时间：2018-03-03 11:46

本文选题：马铃薯　切入点：水分胁迫　出处：《内蒙古农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：作物不同生育阶段对水分的需求不同,不同生育时期遭受水分胁迫后对作物的生长及产量影响也不尽相同,遭受胁迫后的复水补偿效应亦存在一定的差异,因此揭示干旱胁迫和复水对作物生理和产量的影响是生物性节水领域的国际前沿研究问题。明确关键生育时期的需水特性,进行合理灌溉,提高作物水分利用率,成为突破因水资源短缺而制约粮食生产瓶颈的必然选择。本文以内蒙古自治区主栽马铃薯品种"克新1号"为研究对象,采用室内盆栽和室外遮雨棚种植相结合的方法,分别研究了芽条生长期、苗期、块茎形成期、块茎膨大期不同土壤含水量对马铃薯生长生理、产量及其构成因素以及基因表达的影响,明确了马铃薯不同生育时期、不同土壤水分处理和复水补偿生理及分子响应机制。主要研究结果如下:1.芽条生长期,土壤相对含水量为70%时,马铃薯芽条数多且粗壮。土壤相对含水量为100%时,马铃薯播后一周左右母薯即开始腐烂,土壤相对含水量为85%时,在播后21 d左右时,母薯开始腐烂,导致芽无法正常生长;土壤相对含水量为55%和40%时,发芽较70%土壤相对含水率晚一周左右。2.芽条生长期,马铃薯母薯内ABA含量随时间的推移呈增长趋势,随着土壤相对含水量的增加,先降低后增加,IAA、ZR、GA含量随播后时间的推移呈递减趋势,且随着土壤相对含水量的增加,呈先增加后降低的变化,70%～85%土壤相对含水量下IAA、ZR、GA含量最高,而ABA含量最低。3.马铃薯苗期,随土壤含水量的增加,除株高、主茎数外,其他各项形态指标均呈显著的增长趋势,在胁迫与复水期间,叶片相对含水量、SPAD值、根系活力及光合参数等均呈先增加后降低的变化,以70%-85%的土壤相对含水量处理下最高,且随处理时间的延长,各处理间的差异增大。复水后40%-55%的土壤相对含水量下,叶片相对含水量、叶片SPAD值,根系活力迅速增加,在复水14d时与70%-85%的处理已无显著差异,而100%的处理显著低于其他处理;随土壤含水量的增加,马铃薯脯氨酸、丙二醛、可溶性糖含量、SOD、CAT、POD活性及叶片相对电导率均呈先降低后增加的变化,以70%-85%的土壤相对含水量最低,复水后40%-55%的处理各指标迅速降低。复水7 d后已降低到接近70%-85%处理的水平,而100%处理始终高于其他各处理。4.苗期土壤相对含水量在40%-85%范围内,马铃薯单株结薯数、单块茎重、单株产量和商品薯率均无显著差异,但100%的土壤相对含水量下,马铃薯单块茎重、单株产量显著低于其他各处理,商品薯率也显著低于除40%土壤含水量处理外的其他处理。5.块茎形成期适宜含水量为85%。随着土壤含水量的增加,马铃薯株高、主茎数逐渐增加,茎粗、分枝数、匍匐茎数、叶面积指数、干物质积累量、叶片相对含水量、叶片SPAD值、根系活力及各光合参数均呈先增加后降低的趋势,以85%的土壤相对含水量最高,叶片相对电导率、可溶性糖含量、脯氨酸、丙二醛含量、SOD、CAT、POD活性、气孔阻力随着土壤含水量的增加呈先降低后升高的趋势,以85%土壤相对含水量最低。复水后,叶片相对电导率变化较小,SPAD、根系活力仍呈下降趋势,但下降幅度降低,其中40%和55%处理恢复速度较慢,100%处理恢复速度较快,70%和85%变化处理变化幅度较小。不同土壤水分处理后块茎膨大期各项指标的变化趋势与块茎形成期相似,但是变化幅度比块茎形成期小,复水后的恢复程度也较缓慢。6.马铃薯块茎形成期,85%土壤相对含水量下产量最高,显著大于其他处理。不同土壤含水量下的大薯率无显著差异,85%处理下的单株结薯数显著大于其他处理,40%处理的单株结薯数除与55%处理无显著差异外,显著低于其他处理。40%、55%、70%、100%处理产量分别占85%处理的41.9%,54.3%,71.3%,68.4%,减产幅度较大。块茎膨大期的产量以85%土壤相对含水量最高,100%土壤相对含水量次之,除40%土壤相对含水量的产量显著低于其他处理外,55%、70%、85%、100%处理间的产量均无显著差异。7.从产量结果来看,苗期、块茎形成期和块茎膨大期遭受水分胁迫均会造成马铃薯产量下降,不同生育时期对产量的影响大小为:块茎形成期苗期块茎膨大期,表明在块茎形成期遭受水分胁迫对产量影响较大,即使后期恢复供水对产量的补偿效果也不佳。另外,水分过量对马铃薯芽条生长期和苗期影响较显著,而水分亏缺对马铃薯块茎形成期和块茎膨大期影响更为显著。8.试验通过高通量测序对马铃薯遭受胁迫及复水后的基因表达进行了研究,结果显示:干旱处理与对照相比差异基因为655个,复水处理与对照比较差异基因为644个,二者间共有差异基因113个,其中有8个基因在两对比组中变化趋势不同,意味着同一基因在不同过程中的表达及其作用机制存在着一定的差异,且同一基因同时具有多种功能,在不同生境中发挥不同的作用。9.通过GO富集将差异基因进行归类,干旱处理与对照差异基因GO功能富集的前三位分别是:G0:0071554,G0:0016209,G0:0005975,分别与细胞壁组织合成、抗氧化活性、碳水化合物代谢过程相关,复水与对照的差异基因GO功能富集前三位的分别是:G0:0016310,G0:0016773,G0:0006468,分别与磷酸转移酶活性、蛋白磷酸化等相关。10.干旱处理与对照KEGG通路中差异最显著的前三位途径是sot00941:类黄酮代谢,sot00945:二芳基庚烷和姜酚生物合成,sot00561:甘油酯代谢,各途径中涉及到的差异基因数分别为10个,6个,9个,复水与对照KEGG通路中差异最显著的前三位途径sot00480:谷胱甘肽代谢;sot04626:病原体;sot00430:牛磺酸代谢,各途径中涉及到的差异基因数分别为12个,17个,3个。11.通过qRT-PCR方法验证转录组测序数据的准确性.随机选取10个差异基因用来验证,结果显示实时荧光定量PCR法得到的10个验证基因表达量与高通量测序结果吻合,验证了转录组测序数据的准确性。
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【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S532

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