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《山东农业大学》 2003年
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转菠菜BADH小麦抗性生理与不同抗旱性小麦品种中BADH的表达研究

李永华  
【摘要】: 在干旱、低温等胁迫环境中,植物细胞内通常会积累一些相容性物质(也叫渗调物质),从而减轻环境胁迫对植物造成的伤害,甜菜碱是主要的相容性物质之一。编码甜菜碱醛脱氢酶(BADH,催化甜菜碱醛合成甜菜碱)的基因在甜菜碱的生物合成过程中处于关键地位。本研究首先对抗旱性强的小麦品系旱丰9703与抗旱性弱的品种山农215953干旱胁迫下的渗透调节能力和光合作用进行了比较,分析了不同生育期叶片中BADH基因表达特性、BADH活性与甜菜碱含量,从生理与分子机制两方面对甜菜碱的生理功能进行了初步探讨。其次,研究测定了转菠菜BADH基因小麦低温及干旱胁迫下,不同生育期BADH活性、甜菜碱含量与光合作用等生理参数的变化,进一步研究了小麦胁迫耐性与甜菜碱含量、BADH活性之间的关系。考虑到菠菜与小麦BADH基因的保守性,我们从抗旱小麦新品系旱丰9703叶片中克隆了BADH cDNA序列,并构建了表达载体,对模式植物烟草进行了转化,旨在进一步研究小麦BADH基因在抗逆性中的作用,为其今后在小麦育种中的应用打下基础。主要结论如下: 1. 长期大田干旱胁迫下,旱丰9703表现出了较强抗性;三个生育期中旱丰9703的叶片相对含水量与渗透调节能力均高于山农215953,灌浆期的渗透调节能力最强,比乳熟期高0.284MPa;干旱胁迫下旱丰9703仍具有较高的净光合速率(Pn)、最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(φPSII),耐光抑制能力较强。Northern印迹杂交结果表明:灌浆期中度水分胁迫时BADH的表达水平显著增加,旱丰9703略高于山农215953;乳熟期较严重的土壤水分胁迫下抗旱性强的品种叶片中BADH表达量明显高于抗旱性弱的品种;三个生育期中,BADH活性和甜菜碱含量的变化与BADH基因的表达呈现相同的趋势,均是先增加后降低,旱丰9703的BADH活性与甜菜碱含量均高于山农215953,以灌浆期最为明显。 干旱胁迫下旱丰9703叶片中较高的BADH表达使其甜菜碱含量与渗透调节能力一直高于山农215953,其叶片的保水能力较强,维持了较高的净光合速率和PSII光化学活性;叶片中甜菜碱的积累量与小麦抗旱性成正相关,叶片中BADH活性与甜菜碱含量水平可以作为小麦抗性强弱的主要参考指标。 2. 研究发现,转菠菜BADH基因小麦植株在耐低温、干旱胁迫和抗光氧化方面的能力 WP=10 较强,叶片中较高的甜菜碱含量可能对它们胁迫耐性的提高起着重要作用,结合农艺性状的改良与选择,株系99T4和99T6可以作为较好的抗逆种质资源在小麦抗性育种过程中应用。低温胁迫下转基因株系99T4和99T6的渗透调节能力、抗氧化酶活性、D1蛋白周转能力均高于4185,99T1、99T4和99T6叶片的净光合速率分别是对照植株的0.96、2.11和1.56倍;-7℃低温胁迫24h以后,株系99T4与99T6没有受到明显的低温伤害,表现出较强的低温胁迫耐性。 灌浆期不同程度的干旱胁迫表明,99T4与99T6耐干旱胁迫的能力要高于99T1与4185,能够保持相对较高的渗透调节能力与叶绿素含量;较严重干旱胁迫下, 99T4与99T6的Pn(约为7.5 μmolCO2·m-2·s-1)要高于4185(约为4.9 μmol CO2·m-2·s-1);株系99T4与99T6在光抑制环境下PSII反应中心受到的损伤较小,具有较高的抗光氧化能力,99T4与99T6依赖叶黄素循环的热耗散在耗散过剩光能的过程中起到更大作用; 3. 通过5,-和3,-RACE,从抗旱性小麦旱丰9703叶片中克隆了BADH cDNA全序列,命名为wBADH,在Genebank中注册(注册号:AY 050316)。小麦BADH cDNA开放阅读框架含有1509bp,编码503个AA,将氨基酸序列与Genebank中已登录的几种植物的BADH氨基酸序列比较,与大麦、水稻的相应片断的同源性分别为98%、73%。进一步构建了小麦BADH基因的表达载体,利用农杆菌介导法侵染烟草,通过PCR和PCR-Southern鉴定证明我们已得到转基因烟草植株;低温处理后转基因植株中BADH的活性较低,最高的只有4.8 nmol·mg protein-1·min-1;这些研究为该基因在小麦抗性育种中的应用打下了基础。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S512.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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