论文部分内容阅读
小麦是世界上总产量最高的作物。盐渍给小麦产量带来的减产,威胁着世界粮食安全。随着分子技术的发展,利用现代生物学的手段研究小麦耐盐机制至关重要。本研究以5个不同小麦品种为试验材料,测定NaCl胁迫对其发芽势、相发芽率、根长及苗高等4个指标的变化,根据这4个性状指标反映NaCl胁迫对5个不同小麦品种的耐盐性。对筛选出来较耐盐和盐敏感品种进行苗期和灌浆期NaCl胁迫,并测定其生理指标和光合性状指标,分析苗期和灌浆期NaCl胁迫对不同小麦品种耐盐性的差异。在此基础上,利用 IlluminaHiSeq 测序平台进行转录组测序,找出品种间耐盐基因及相关代谢通路。主要结果如下: 1、以50、100、150、200、250 mmol/L浓度的NaCl对5个小麦品种进行NaCl 胁迫,以蒸馏水继续培养为对照,调查发芽势、发芽率、根长及苗高的变化,结果表明:随NaCl浓度的增加,5个小麦品种的相对发芽势、相对发芽率、相对根长、相对苗高逐渐降低。相对发芽势和相对发芽率按照从高到低均为百农207、周麦18、百农AK58、百农69和华育198,其中百农69和百农AK58在250 mmol/L时没有萌发。 NaCl浓度在0-100 mmol/L时,相对根长降幅小,品种间差异较小;当NaCl浓度达到150 mmol/L时,相对根长大幅度降低,品种间差异变大;当NaCl浓度增加到250 mmol/L时,百农207相对根长最大,其次是华育198、周麦18、百农AK58和百农69。NaCl浓度在0-100 mmol/L时,5个品种间相对苗高差异不显著;NaCl浓度增加到250 mmol/L时,周麦18相对苗高较大,为3.84.其次是百农207、华育198、百农AK58和百农69。综合以上试验指标结果,百农207和周麦18表现出较强的耐盐性,百农AK58、百农69及华育198耐盐性依次减弱。 2、筛选出相对耐盐品种百农207和相对盐敏感品种华育198,在苗期以50、100、150、200、250 mmol/L NaCl胁迫1、2、3d以蒸馏水处理为对照,测定其生理指标、光合指标,结果表明:两个品种在苗期NaCl胁迫第1天50 mmol/L时,叶素含量分别对照增加14.72%和14.22%。随NaCl浓度增加和胁迫时间延长,叶绿素含量、光合速率、气孔导度、蒸腾速率均较对照降低,胞间CO2浓度反之,但是百农207各指标变化幅度较小,表明其受伤害程度较小。两个小麦品种的SOD、POD、CAT活性均增加,华育198CAT活性在胁迫第3天各处理逐渐降低;百农207育198在NaCl胁迫第3天250mmol/L时,MDA含量分别较对照增加80.57%,182.99%;可溶性蛋白含量减少,脯氨酸含量增加;百农207与华育198相比,可溶性蛋白降幅较小,脯氨酸积累量较大。由此可以看出,百农207表现出较强的抗氧化能力与调节细胞渗透势的能力,维持体内水分平衡,叶片衰老较慢,所以生长情况好于华育198。POD、CAT活性均增加,华育198CAT活性在胁迫第3天各处理逐渐降低;百农207育198在NaCl胁迫第3天250mmol/L时,MDA含量分别较对照增加80.57%,182.99%;可溶性蛋白含量减少,脯氨酸含量增加;百农207与华育198相比,可溶性蛋白降幅较小,脯氨酸积累量较大。由此可以看出,百农207表现出较强的抗氧化能力与调节细胞渗透势的能力,维持体内水分平衡,叶片衰老较慢,所以生长情况好于华育198。 3、筛选出相对耐盐品种百农207和相对盐敏感品种华育198,灌浆期以300、600、900、1200mmol/LNaCl分别胁迫5d、10d,以蒸馏水处理为对照,测定其生理指标、光合性状及产量因素,结果如下:NaCl胁迫对两个不同小麦品种的生理指标、光合特性及产量等处理间有显著差异。NaCl胁迫300 mmol/L时,两个品种的叶绿素含量均较对照有小幅增加,分别为12.23%,9.15%,其它处理均较对照降低,两个品种降低幅度不同。两个品种经过NaCl胁迫后表明,渗透调节物质如可溶性蛋白随NaCl浓度上升,逐渐下降,脯氨酸反之,浓度越大,其相应的增减幅度也越大;SOD、POD、CAT活性及MDA含量逐渐增加,SOD、POD、CAT活性增幅百农207大于华育198 ,MDA含量反之;光合速率、气孔导度及蒸腾速率逐渐下降,胞间CO2浓度反之;相同NaCl浓度下,其光合指标均为百农207大于华育198。通过成熟期调查结实率和千粒重发现,华育198下降速度大于百农207。由以上结论可以看出,百农207叶绿素降解速度慢,表现出较好的抗氧化活性,可以积累较多有机渗透物质,减轻细胞膜的伤害,致使叶片衰老较慢,有较多的养分供给灌浆,合成更多的干物质,进而结实率和千粒重较华育198高。 4、将两个小麦品种的正常叶片和600mmol/L NaCl处理5天的四份材料采用IlluminaHiSeq平台进行转录组测序。共得到54.74Gb Clean Data,其中8,677个得到功能注释。分别将各样品的Clean Reads与小麦的参考基因组进行序列比对,比对率为81.70%~83.23%。FPKM法筛选到华育198和百农207 3363和2969个基因存在显著差异(Fold Change≥4且FDR<0.01),两个品种存在大量的共表达基因。 5、在华育198处理和百农207处理差异表达基因中,1197个基因得到GO注释,参与代谢过程、细胞部分、结合等基因较多;通过与COG数据库比对,参与功能预测、植物激素信号转导、碳运输和代谢及翻译后修饰、蛋白质周转、分子伴侣等代谢过程发生了不同程度的上、下调;通过与KEGG数据库比对,在植物激素信号转导、植物光合作用-天线蛋白等代谢通路中显著富集;在KEGG注释通路中,发现糖类代谢、植物激素及苯丙氨酸这些基因在盐胁迫后的生理调控及生长发育发挥重要作用,为小麦的抗盐调控机制提供研究基础。