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铝胁迫下小黑豆的红外光谱特征分析及其铝胁迫响应基因的鉴定

张亚楠  
【摘要】:目前酸性土壤占世界可耕种土壤的40%,酸性土壤中的铝毒是作物生产的主要限制因子,长期来影响着作物的生长和产量。随着人口的增加和可耕种土地的减少,开发并改良酸性土壤受到高度关注。农业上通过施用生石灰或碱性肥料来降低土壤酸度,但是该方法成本高并且不能从根本上解决问题,从长远的利益来看,应用基因工程手段,选育和利用高耐酸铝的作物品种是最经济、有效、无污染的根本措施。云南是小黑豆的重要产地,云南地区的土壤主要是红壤,而且受现代农业集约经营管理的影响,土壤酸化日益严重。因此,有必要对小黑豆的耐铝机理进行深入的研究。本研究以云南小黑豆为实验材料,通过测定铝胁迫下的生理指标、分析傅里叶红外光谱特征和构建SSH cDNA文库,探讨小黑豆耐铝机理。主要研究结果如下: 1、在50μmol·L-1铝胁迫下,云南小黑豆的相对根伸长率显著高于紫花苜蓿,根尖染色实验也说明云南小黑豆的耐铝性较强;随着铝胁迫强度的增加,小黑豆根、叶片中可溶性蛋白、过氧化氢、可溶性糖、丙二醛含量有不同程度的升高;在不同时间的铝胁迫下呈现波动性规律,但是也有呈现上升趋势;CAT、POD、SOD活性随着铝胁迫强度的增加和时间的延长呈现下降趋势,只有SOD活性随着胁迫时间的延长呈微略上升趋势。 2、傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术分析显示,不同浓度的铝胁迫下小黑豆根、茎、叶的FTIR光谱图存在不同程度的差异,与糖类,甲基化程度有关的特征峰随着铝浓度的增加而升高,当铝浓度增加到100μmol·L-1时,其峰值下降;在不同时间的铝胁迫下小黑豆根、茎、叶中各物质的变化规律不同,在短时间铝刺激下,如氨基酸、糖类、脂类等有机化合物的含量会增加,参加渗透调节作用,但是随着铝刺激时间的增加,这些化合物的合成和运输受到阻碍,其含量有不同程度的下降。 3、构建了小黑豆在铝胁迫下的正向SSH cDNA文库,并对铝胁迫条件下的基因差异表达进行了分析。对测序结果分析后获得了159个EST序列,有功能的基因为102个,其中与新陈代谢相关的基因占到26%,与防御、胁迫、细胞凋亡相关的为25%,蛋白质合成相关基因为14%,信号转导与转录方面的为13%,转运相关基因为8%,与蛋白质降解有关的基因为9%,与细胞结构、生长有关的基因为3%,其中最少的是与能量相关的基因为2%,功能未知的基因还需进一步鉴定。SSH cDNA文库提供的信息为深入研究小黑豆耐铝毒的分子机制奠定了基础。 4、用RT-PCR分析其中10个基因的表达情况,结果表明UDP葡萄糖异构酶、醌氧化还原酶、锰超氧化物歧化酶、铜/锌超氧化物歧化酶、P型腺苷三磷酸酶、谷胱甘肽S-转移酶、过氧化物膜蛋白、MAPK蛋白激酶、细胞色素P450和几丁质酶呈现不同程度的上调表达,进一步说明了该文库的可靠性。


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