干旱胁迫下不同倍性水稻的生理差异及ABA相关基因表达比较

摘要

在植物的进化史上，通过基因组的加倍来适应自然环境是一条非常重要的途径。基因组的倍增可以存储更多的遗传信息，从而使植物能更好的生存下来已是不争的事实，然而并非基因组越大对生物体越有利。为了验证不同倍性水稻的抗干旱能力，本研究利用自然发生的相同来源的单倍体、二倍体和三倍体水稻来研究不同倍性水稻的抗干旱胁迫能力。通过20％PEG培养液模拟自然干旱胁迫，测定不同倍性水稻植株叶片中的可溶性糖(SS)、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛(MDA)和脱落酸(ABA)等物质含量及超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性等生理指标的变化，并运用实时荧光定量PCR法检测干旱胁迫下与ABA合成相关的六个基因OsCIPK15,Polcalcin、OsGASA2、OsCBL4、Myb和WGP1的表达量的变化，获得如下结果：
　　 1.抗旱能力比较：观测不同倍性水稻叶片枯黄和卷曲比例，单倍体的枯黄叶片占全植株的81％，二倍体为37％，三倍体为45％。根据表型变化判断不同倍性水稻对干旱胁迫的适应能力强弱顺序为：二倍体＞三倍体＞单倍体。
　　 2.生理指标含量变化：通过测定水稻叶片中与抗旱相关的7个生理指标，我们发现，与对照相比，干旱胁迫下不同倍性水稻的可溶性糖(SS)、可溶性蛋白、游离脯氨酸、丙二醛(MDA)和脱落酸(ABA)等物质含量增加，SOD、POD和CAT活性增强；三种不同倍性材料的可溶性蛋白在峰值时是对照的2.12倍(N)、2.08倍(2N)和1.45倍(3N)，可溶性糖含量峰值时是对照的1.38倍(N)、1.41倍(2N)和1.18倍(3N)，游离脯氨酸峰值时是对照的2.65倍(N)、4.31倍(2N)和3.30倍(3N)，丙二醛含量峰值时是对照的3.44倍(N)、2.57倍(2N)和2.94倍(3N)，SOD峰值时是对照的1.41倍(N)、2.05倍(2N)和1.77倍(3N),CAT峰值时是对照的1.15倍(N)、1.44倍(2N)和1.16倍(3N),POD峰值时是对照的1.88倍(N)、1.86倍(2N)和2倍(3N)。根据上述生理指标分析，二倍体水稻对干旱胁迫的适应能力强于三倍体，单倍体最弱。
　　 3.6个ABA相关基因的表达差异比较：通过实时荧光定量PCR对各基因进行相对定量，在正常情况下，二倍体的WGP1和OsCIPK15基因表达水平较高，分别是单倍体的3.74和3.04倍，三倍体的WGP1基因表达水平最高，是单倍体的12.83倍，单倍体的OsGASA2基因表达量高于二倍体和三倍体，其余的基因差异不明显。胁迫条件下，各个基因表达水平与对照相比，单倍体OsCBL4基因表达水平上升，其余基因表达水平变化不明显。二倍体Myb和WGP1基因表达水平下降，OsCBL4、OsGASA2和OsCIPK15基因表达水平上升，Polcalcin基因表达水平变化不明显，三倍体Myb和WGP1基因表达水平下降，OsCBL4、OsGASA2和OsCIPK15基因表达水平上升，Polcalcin基因表达水平变化不明显。
　　 综合上述结果，干旱胁迫下，二倍体的抗旱能力最强，因为在胁迫条件下与胁迫能力最密切相关的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和游离脯氨酸含量的变化幅度都超过了单倍体和三倍体，且反映膜受损程度的MDA含量低于单倍体和三倍体；二倍体作为目前大多数物种的共同选择，其基因表达的协调性完美的适应了目前的自然环境。三倍体可能因为多了一套染色体，导致其基因表达的整体协调能力要弱于二倍体，因而表现出一定不适应。而单倍体由于只有一套染色体，导致其生物表达量不足，在渗透调节物质的生成，保护酶的表达等方面都要弱于二倍体和三倍体，整体的调控体系脆弱，在正常环境下表现得非常弱势，以至于在胁迫开始不久就出现不适应，故其抗逆境能力最弱。

目录

文摘

英文文摘

文献综述

1 水稻的抗旱性研究

1.1 水稻抗旱性研究的重要性

1.2 水稻抗旱性概述

1.3 水稻抗旱机理

2 植物倍性进化现象的研究

2.1 基因组倍增现象

2.2 水稻基因组倍增

2.3 多倍体的进化及进化类型

3 实时荧光定量PCR法

3.1 定量原理

3.2 定量方法

3.3 实时荧光定量PCR类型

3.4 荧光定量PCR的应用

3.5 荧光定量RT-PCR的特点

4 本研究的目的与意义

材料与方法

1 材料与仪器

1.1 供试水稻材料

1.2 仪器与试剂

2 实验方法

2.1 设计与管理

2.2 PGE胁迫合适浓度筛选

2.3 可溶性糖含量的测定（蒽酮比色法）

2.4 可溶性蛋白含量的测定（G-250法）

2.5 游离脯氨酸含量的测定（磺基水杨酸法）

2.6 丙二醛含量测定

2.7 过氧化物酶活性测定（愈创木酚法）

2.8 过氧化氨酶活性测定（高锰酸钾滴定法）

2.9 超氧化物歧化酶活性测定（NBT法）

2.10 ABA含量测定（ELISA试剂盒法）

2.11 总RNA的提取

2.12 总RNA纯度检测

2.13 实时荧光定量PCR检测ABA相关基因表达量

3 数据处理

结果与分析

1 农艺性状结果与分析

1.1 正常情况下不同倍性水稻农艺性状

1.2 不同倍性水稻抗旱能力的初步比较

2 干旱胁迫对不同倍性水稻的相关生理指标的影响

2.1 可溶性蛋白含量的影响

2.2 可溶性糖含量的影响

2.3 游离脯氨酸含量的影响

2.4 保护酶酶活力的影响

2.5 MDA含量的影响

2.6 ABA含量的影响

3 ABA相关基因表达结果及分析

3.1 水稻总RNA提取质量检验结果

3.2 引物反应性确认和2-ΔΔct方法确认

3.3 ABA相关基因表达量分析

讨论

1 研究材料的优势

2 倍性变化对生理的影响

3 ABA相关基因表达与倍性的关系

4 结果与展望

参考文献

致谢