套作大豆苗期耐荫抗倒的内源赤霉素代谢途径研究

发布时间：2017-10-18 10:13

  本文关键词：套作大豆苗期耐荫抗倒的内源赤霉素代谢途径研究

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【摘要】：近年来,玉米大豆套作种植模式在西南地区迅速发展,实现玉米大豆和谐共生一季双收,增加了大豆产量。然而,该模式下,高秆作物玉米对低位作物大豆的荫蔽作用,使大豆苗期生长微环境发生变化,特别是光环境的变化(光强和光质),影响了大豆的光合作用效率和形态建成等,套作大豆出现典型的避荫性反应,即茎秆细长纤弱而容易倒伏,最终影响大豆收获。因此,本研究于2013-2014年,以具有耐荫抗倒典型差异的大豆品种南豆12(西南地区套作大豆审定品种)和南032-4(与南豆12同源,均由地方品种“忠县十月黄”经60Coγ射线辐射后产生的变异后代)为试验材料,从分子水平上对调控大豆内源赤霉素代谢关键酶的基因表达进行研究,探寻玉豆带状套作模式下不同耐荫抗倒型大豆茎秆形态建成和倒伏程度产生差异的原因,为削弱作物的避荫反应、筛选耐荫抗倒大豆材料提供理论依据。研究结果如下：1.在大豆单作和玉豆套作模式下,对两个不同基因型大豆表型进行了研究。结果表明：与单作大豆比,套作大豆受玉米荫蔽的影响,南豆12和南032-4均出现典型的避荫性反应,主茎节数减少,节间过度伸长,茎秆纤细,株高显著增加,苗期出现藤蔓化和倒伏,但品种间程度不同,差异显著。南032-4受套作荫蔽的影响较大,茎秆藤蔓化和倒伏率较南豆12高。V2期,套作下两大豆品种倒伏率差异不显著；V6期,套作下品种间倒伏率差异极显著。综上,套作特殊的光环境对不同基因型大豆品种的影响不同,植株的表型可以作为评价大豆耐荫抗倒的一个重要指标。2.对两大豆品种的茎秆解剖结构进行了研究。结果表明：套作下,南豆12和南032-4茎秆髓部、木质部、韧皮部细胞增长,形成层细胞无明显变化,各个组织厚度减小,细胞数减少。南032-4比南豆12受套作环境影响大,各个组织细胞长度较南豆12长。说明大豆株高过高,茎秆纤细,主要源于细胞的伸长,非细胞的分裂。3.通过液相色谱质谱联用仪对大豆茎秆内源赤霉素GA53,GA20,GA1,GA4,GA8和GA34含量测定。结果表明：不同套作时间和不同大豆品种茎秆内源赤霉素代谢途径中GA53,GA1和GA4的含量均存在差异。V2期,单作南豆12合成低水平的赤霉素,南032-4各赤霉素含量较高；套作下南豆12中GA4含量较南032-4明显降低。V6期,品种间GAs3和GAl的含量差异不显著,GA4含量差异明显。说明品种间各赤霉素的含量在V2期就出现差异,到V6期差异更明显,其中GA4含量差异最大。GA4含量差异越大,茎秆伸长幅度差异越大。大豆茎秆中未能检测到GA2o,GA8和GA34。4.采用荧光定量PCR试验对赤霉素代谢途径中关键酶基因的相对表达量进行分析。结果表明：编码赤霉素代谢途径关键酶各基因家族中,GmGA20ox2和3mGA3ox1基因引起植株增高,茎秆内赤霉素含量增加。同时,活性赤霉素含量对赤霉素代谢途径中关键酶基因存在正负反馈作用,如植株中活性赤霉素含量高,GmGA20ox1, GmGA3ox6, GmGA2oxl, GmGA2ox2, GmGA2ox6和GmGA2ox7基因将过量表达,将会引起植株矮化。南032-4茎秆内源赤霉素合成酶GA-20氧化酶基因、GA3-氧化酶基因和赤霉素降解酶GA2-氧化酶基因表达量均高于南豆12(除GmGA2ox4外),导致前者茎尖维持较高活性赤霉素GA4水平,最终表现出较强的避荫性反应。5.室内盆栽结果表明：绿膜模拟的荫蔽环境下,与赤霉素处理植株比,烯效唑处理后植株矮壮,赤霉素合成酶基因表达量下调,赤霉素分解酶基因,除GmGA2ox4外均上调,试验结果与大田试验结果一致,说明茎秆内赤霉素代谢途径中关键酶基因的转录水平调控植株高矮。6.对编码赤霉素代谢途径中关键酶基因的克隆测序结果表明,不同大豆品种的赤霉素合成酶基因GmGA3ox6和GmGA20ox2存在单个不同位点,该基因与调控植株株高存在密切关系。而克隆的GmGA20ox1序列相似度达100%,说明不同品种中该基因调控植株株高受环境因素影响。综上,玉米大豆套作种植模式下,大豆内源赤霉素对茎秆过度伸长主要由GA4调控,GA4合成受基因型和光环境的共同影响,从而影响大豆茎秆生长发育,最终导致不同材料在耐荫抗倒表型上的典型差异。
【关键词】：大豆茎秆 套作 耐荫抗倒 内源赤霉素 基因
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S565.1;S344.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 文献综述11-17
• 1.1 前言11-12
• 1.2 玉米大豆带状套作种植的相关研究进展12-13
• 1.2.1 玉豆套作种植模式特殊的光环境12
• 1.2.2 玉米大豆套作种植模式对大豆生长发育的影响12
• 1.2.3 玉豆套作种植模式相关研究进展12-13
• 1.3 植物内源赤霉素调控植株茎的伸长13-16
• 1.3.1 光调控赤霉素的合成13
• 1.3.2 赤霉素引起植株主茎过度伸长13-14
• 1.3.3 赤霉素的生物合成、信号转导及其对株高的影响14-16
• 1.3.4 编码赤霉素代谢途径中关键酶基因16
• 1.4 研究的目的意义16-17
• 2 材料与方法17-26
• 2.1 田间试验设计17-18
• 2.2 盆栽试验设计18-19
• 2.3 调查测定项目及方法19-26
• 2.3.1 茎秆形态指标测定19
• 2.3.2 茎秆解剖结构观察19-20
• 2.3.3 内源活性赤霉素的测定20-21
• 2.3.4 大豆内源赤霉素代谢相关基因表达量测定21-23
• 2.3.5 目的基因的克隆23-26
• 2.4 数据分析26
• 3 结果与分析26-48
• 3.1 套作对大豆苗期倒伏率的影响26-27
• 3.2 套作对大豆苗期株高及主茎节间长度的影响27-29
• 3.3 套作对大豆苗期主茎节间粗度的影响29-31
• 3.4 套作大豆苗期茎秆解剖结构分析31-32
• 3.5 套作下大豆苗期茎秆赤霉素的含量32-34
• 3.6 编码赤霉素代谢途径关键酶基因的表达量34-37
• 3.7 赤霉素代谢途径关键酶基因序列比对37-44
• 3.7.1 正常光照和绿膜模拟荫蔽处理下的光环境37-38
• 3.7.2 不同处理下的大豆苗期茎秆形态38
• 3.7.3 不同光环境下的大豆株高38-40
• 3.7.4 不同处理下的大豆茎粗40-41
• 3.7.5 编码赤霉素代谢途径关键酶基因的表达量41-44
• 3.8 大豆编码赤霉素代谢途径关键酶基因序列的差异44-48
• 4 讨论48-51
• 4.1 套作大豆茎秆倒伏与形态变化48
• 4.2 套作对茎秆解剖结构的影响和茎秆内源赤霉素含量的差异48-49
• 4.3 大豆茎秆内源赤霉素代谢途径中关键酶基因的功能49-50
• 4.4 大豆茎秆内源赤霉素代谢途径中关键酶基因的差异50-51
• 5 结论51
• 6 问题与展望51-52
• 参考文献52-58
• 致谢58-59
• 攻读研究生期间发表的论文情况59

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本文编号：1054339