不同基因型水稻对低磷胁迫的生理响应

摘要

土壤磷素不足是制约水稻生长的主要因素之一，筛选和选育磷高效基因型水稻是缓解磷矿资源缺乏和提高磷肥利用率的有效途径之一。研究和阐明水稻适应低磷胁迫的营养生理机理及分子机制对培育磷高效水稻具有十分重大的意义。本研究在以往研究的基础上，以不同磷效率基因型水稻为材料，通过大田和水培试验研究不同基因型水稻的光合特性，以及低磷胁迫下稻株的酸性磷酸酶活性和内源激素的影响，此外克隆了2个磷酸转运蛋白基因，并初步研究该类型基因的表达，主要研究结果如下： 1.采用大田试验，对低磷胁迫下不同基因型水稻研究表明，相对分蘖数、相对干物重、相对有效穗以及相对单株产量是进行全生育期耐低磷筛选和综合评价的理想指标。低磷处理降低了磷高效基因型水稻叶片光合速率和气孔导度，但叶片胞间CO2浓度有所上升，表明低磷胁迫对该类型水稻光合速率的抑制作用主是由非气孔因素引起的。低磷胁迫使不同基因型水稻的初始荧光产量(Fo)上升，可变荧光产量(Fv)、最大荧光产量(Fm)、原初光能转化效率(Fv/Fm)、光合系统Ⅱ的潜在活性(Fv/Fo)、可变荧光淬灭(△Fv/Fo)、量子产额(yield)、表观电子传递速率(ETR)等叶绿素荧光动力学参数的降低，从而导致光合作用潜在活力下降、光合链中的电子传递受阻、类囊体质子梯度下降、同化力减少，最终影响光能转化及其产量形成。而磷高效基因型水稻在此过程中其光合结构受破坏程度较低，具有较强的恢复能力和协调适应能力，表现较强的抗逆性，从而表现出较高的光合特性。 2.水培试验结果表明，低磷胁迫促使水稻根系、叶片以及根系分泌酸性磷酸酶活性增加，但不同耐低磷品种其不同组织部位增加幅度不同，表明磷高效基因型水稻适应低磷的机制不同。低磷胁迫下磷高效基因型水稻内源激素含量分析表明，低磷胁迫促使水稻体内ABA、GA3、IAA含量提高，ZR含量下降，但不同基因型水稻其体内激素含量变化不一，说明不同磷高效基因型通过调节各自体内激素含量变化以适应低磷胁迫。不同激素的比值分析表明，低磷条件下磷高效基因型水稻通过体内各种激素平衡的改变来调节其适应低磷胁迫的能力。 3.利用RT-PCR方法，从受低磷胁迫处理7天的磷高效基因型品种IR71331根系cDNA中克隆到2个磷酸转运蛋白基因，命名为OSPTF1和OSPTF2。序列分析表明与其它植物物种磷酸转运基因的同源性在74％以上。OSPTF2推导氨基酸序列中含有编码HLH类转录因子的保守结构域，而OSPTF1推导氨基酸序列缺失该保守结构域。半定量RT-PCR分析表明不论在低磷还是在正常供磷条件下OSPTF2基因在IR71331、IR20、IR74根系均表达，但IR74在正常供磷条件表达大幅下调，而IR64仅在低磷条件下才表达。

目录

声明

摘要

前言

1作物磷效率的基因型差异

2作物低磷胁迫的适应机理

2.1低磷胁迫对作物形态特征的影响

2.2作物低磷胁迫的生理机制

3低磷胁迫对作物光合作用的影响

4低磷胁迫对作物原初反应的影响

5作物磷效率的遗传学特征

6作物磷效率的分子机制研究进展

7研究内容和意义

第一章不同基因型水稻的筛选与光合特性的研究

1 材料与方法

1.1供试材料

1.2种植方法和试验设计

1.3测试内容与方法

2结果与分析

2.1低磷胁迫对不同基因型水稻地上部干物重动态变化的影响

2.2低磷胁迫对不同基因型水稻分蘖特性的影响

2.3低磷胁迫对不同基因型水稻叶片叶绿素含量的影响

2.4低磷胁迫对不同基因型水稻叶片净光合速率(Pn)的影响

2.5低磷胁迫对不同基因水稻型气孔导度(Gs)的影响

2.6低磷胁迫对不同基因型水稻细胞间隙C02浓度(Ci)的影响

2.7低磷胁迫对不同基因型水稻蒸腾速率(Rt)的影响

2.8低磷胁迫对不同基因型水稻原初反应的影响

2.9低磷胁迫对不同基因型水稻产量及其构成因素的影响

2.10水稻单株产量与其它各性状间的相关性

2.11 水稻单株产量与净光合速率、叶绿素和叶绿素荧光参数的相关分析

3讨论

3.1耐低磷筛选指标的选择

3.2磷高效基因型水稻与磷低效基因型水稻的主要特性比较

3.3磷胁迫对光合特性的影响

第二章磷高效基因型水稻对低磷胁迫的生理响应

1试验材料与方法

1.1试验材料

1.2试验设计

1.3测定项目与方法

2结果与分析

2.1低磷胁迫对不同基因型水稻叶片酸性磷酸酶活性的影响

2.2低磷胁迫对不同基因型水稻根系酸性磷酸酶活性的影响

2.3低磷处理对不同基因型水稻根系分泌酸性磷酸酶活性的影响

2.4低磷胁迫对不同基因型水稻根和叶脱落酸(ABA)含量的影响

2.5低磷胁迫对不同基因型水稻根和叶赤霉素(GA3)含量的影响

2.6低磷胁迫对不同基因型水稻根和叶生长素(IAA)含量的影响

2.7低磷胁迫对不同基因型水稻根和叶玉米素核苷(ZR)含量的影响

2.8低磷胁迫对不同基因型水稻根和叶各内源激素比值的影响

3讨论

第三章水稻OSPTF基因的克隆与表达

1材料与方法

1.1材料

1.2试验设计

1.3方法

2结果与分析

2.1水稻根系总RNA的提取结果

2.2目的基因OSPTF cDNA片段的分离

2.3 OSPTF基因的序列分析

2.4水稻OSPTF基因蛋白结构分析

2.5磷胁迫下水稻OSPTF基因的表达

3讨论

3.1水稻磷酸转运蛋白基因OSPTF的克隆

3.2水稻磷酸转运蛋白基因OSPTP的表达

总结

参考文献

致谢