盐胁迫对棉花幼苗生育酚及其合成途径关键酶基因表达的影响

摘要

棉花是我国的重要经济作物，也是耐盐碱的先锋作物。生育酚是一类重要的脂溶性抗氧化剂，只能在光合自养植物中合成。作为细胞抗氧化系统中的重要组分，生育酚在植物抗逆境胁迫中有着重要的作用。本研究以陆地棉耐盐品系早熟长绒7号、盐敏感品系南丹巴地大花及标准系TM-1为材料，采用营养液培养的方法，研究了不同NaCl浓度处理下，棉花幼苗的生长、生理及无机离子的分布，主要抗氧化酶活性的变化，并重点分析了叶片中生育酚组分及其含量的变化。
　　并通过于生物信息学方法，从陆地棉（Gossypium hirsutum L.）基因组中鉴定出生育酚合成途径中的关键酶基因，并对其基因机构、系统进化及表达模式进行了分析。利用荧光实时定量PCR技术，研究了盐胁迫下生育酚合成途径中的关键酶基因在根、茎、叶等器官中的表达差异，围绕生育酚的合成调控机制与耐盐机制之间的关系。最后，综合盐胁迫对棉花生理特征与分子表达的影响，较系统性地分析了棉花的耐盐机制。获得的主要结果有:
　　1.采用营养液培养法，研究了NaCl胁迫对两个耐盐性不同棉花品系（耐盐:早熟长绒7号;盐敏感:南丹巴地大花）幼苗生长、抗氧化酶活性、光合速率、丙二醛(MDA)含量及不同器官无机离子Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Na+/K+分布特点的影响。结果表明，适宜盐浓度下具有较大的根系生长量是耐盐品系的一个重要特征。150 mmol/L NaCl处理下，早熟长绒7号的侧根数、主根长与地下部鲜重与对照比分别增加了14.3％、10.9％与21.7％。盐胁迫下，耐盐性强的品系能维持较高的净光合速率和抗氧化酶活性。同一NaCl浓度下，早熟长绒7号中不同器官Na+含量为根＞茎、叶，地上部（茎、叶）能维持相对较高的K+、Ca2+、Mg2+含量及较低的Na+/K+，表明根系能蓄积一部分Na+，从而减轻Na+对地上部的毒害。
　　2.以陆地棉耐盐品系早熟长绒7号、盐敏感品系南丹巴地大花及标准系TM-1为试验材料，通过高效液相色谱法(HPLC)，研究了盐胁迫对不同耐盐性棉花幼苗叶片中生育酚含量及其组分的影响。结果表明:在150和300 mmol/L的NaCl浓度处理下，耐盐棉花早熟长绒7号中生育酚总含量较对照分别提高了2.5和3.4倍，其中α-生育酚的比例从对照条件下的53.25％，分别升高到87.85％和85.47％，说明盐胁迫下，耐盐植株的生育酚总量呈显著增加趋势，来缓解盐胁迫引起的氧化损伤，其中起主要作用的是α-生育酚。
　　3.利用生物信息学方法，从陆地棉基因组数据库中鉴定出生育酚合成途径中关键酶基因，并对其基因结构、系统进化及表达模式进行分析。结果表明:鉴定出23个生育酚合成酶基因，其中TC4个，HPT6个，MPBQ MT7个，γ-TMT4个和HPPD2个，不均匀地分布于16条染色体上。盐胁迫下，耐盐棉花(ZS)叶片中γ-TMT基因出现高丰度表达，其中Ghγ-TMT3表达水平出现数量级的增长，表明耐盐植株可以通过提高γ-TMT基因表达水平，增加α-生育酚的含量，从而增强植株的抗逆性。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 盐胁迫对植物生理生化特性的影响

1．1．1 对植物光合作用的影响

1．1．2 对植物渗透调节的影响

1．1．3 对植物抗氧化系统的影响

1．1．4 对植物离子运输的影响

1．1．5 对植物激素代谢的影响

1．2 盐胁迫对棉花的影响

1．3 植物中生育酚的研究进展

1．3．1 生育酚的组成

1．3．2 生育酚的合成及关键酶

1．3．3 生育酚在植物中的功能和作用

1．3．4 生育酚在抗逆性中的研究进展

1．4 研究目的与意义

2 盐胁迫对棉花幼苗生长生理及无机离子器官分布的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验处理

2．1．3 实验方法

2．1．4 数据处理

2．2 结果与分析

2．2．1 NaCl胁迫对棉花幼苗生长的影响

2．2．2 NaCl胁迫对棉花幼苗叶片净光合速率的影响

2．2．3 NaCl胁迫对棉花幼苗叶片SOD和POD酶活性的影响

2．2．4 NaCl胁迫对棉花幼苗叶片丙二醛(MDA)含量的影响

2．2．5 NaCl胁迫对棉花幼苗体内Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量及Na+／K+比的影响

2．3 讨论与结论

3 盐胁迫对棉花幼苗叶片中生育酚含量的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验处理

3．1．3 主要仪器

3．1．4 主要试剂

3．1．5 实验方法

3．1．6 数据处理

3．2 结果与分析

3．2．1 盐胁迫对棉花幼苗叶片中生育酚含量的影响

3．2．2 盐胁迫对棉花幼苗叶片中的生育酚组分的影响

3．3 讨论与结论

4 盐胁迫对棉花幼苗生育酚合成途径关键酶基因表达的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料与处理

4．1．2 实验方法

4．1．3 数据处理

4．2 结果与分析

4．2．1 陆地棉中生育酚合成关键酶基因的鉴定结果

4．2．2 陆地棉中生育酚合成关键酶基因的分布

4．2．3 陆地棉中生育酚合成关键酶基因的系统进化

4．2．4 陆地棉中生育酚合成关键酶基因的结构

4．2．5 盐胁迫对陆地棉生育酚合成关键酶基因转录表达的影响

4．3 讨论与结论

5 全文小结

参考文献