不同施氮水平对不同甘蔗品种叶绿体结构和GS表达的影响

摘要

甘蔗是我国最重要的糖料作物，我国90％以上的食糖来自甘蔗。在我国的甘蔗种植生产中，超量施化肥尤其是氮肥，不仅致使氮利用效率下降和甘蔗种植成本增加，同时也带来了甘蔗品质下降和农业环境污染加剧等一系列负面影响。谷氨酰胺合成酶(GS)是植物氮代谢过程中的关键酶，GS一直是植物生理学和营养学方面的研究热点，但主要集中于酶活性方面，在分子水平上研究GS基因表达的不多，深入研究该酶的控制基因及其表达特性，对了解植物氮代谢调控机理并应用于农业生产具有重要意义。本试验以不同氮效率甘蔗品种GT11、ROC22和GXB9为材料，在甘蔗温室内进行桶栽，设置3个施氮水平，即0kg/ha（低氮）、150kg/ha（中氮）、300kg/ha（高氮）尿素，旨在探究不同甘蔗品种农艺性状、光合、GS活性及表达对不同氮水平的响应机理，主要结果如下:
　　(1)从甘蔗叶片中成功地克隆得到scGSⅠ的全长CDS序列，获得基因登录号为KY072794，该基因CDS全长2529bp，编码843个氨基酸。该基因编码的氨基酸序列与其他植物的GSⅠ序列比对具有很高的同源性。
　　(2)通过研究氮素对GT11、ROC22、GXB9的农艺性状、叶绿体结构和光合速率的影响，发现随着施氮量的增加，GT11和ROC22株高、茎径和叶绿素含量随之增加，而GXB9在中氮水平下株高、茎径和叶绿素含量达到最大。GT11、ROC22、GXB9的叶面积都随着施氮水平的增加而显著增加，在同一施氮水平下，GXB9的叶面积始终大于GT11和ROC22。在伸长期，随着施氮水平的增加，GT11和ROC22光合速率随之增加。GXB9光合速率则表现为在中氮水平最高。GT11在高氮水平下叶绿体结构正常，光合速率最高;ROC22在中氮水平下叶绿体数量最多，而基粒片层数量却显著少于高氮水平;GXB9在中氮水平下叶绿体数量最多，基粒片层与高氮水平时无明显差异。
　　(3)随着施氮量的增加，GT11和ROC22的GS活性和GOGAT活性随之增强。GXB9的GS活性和GOGAT活性在中氮水平达到最高。在低氮条件和中氮条件下，GXB9的GS活性和GOGAT活性高于GT11和ROC22。在高氮水平下，ROC22的GS活性和GOGAT活性最高。scGS1.a、scGS1.b的转录水平表达量对氮素的响应总体表现为下调，scGS1.c、seGS2、scGSⅠ的的转录水平表达量对氮素的响应总体表现为上调。GT11的GS1蛋白表达量随着施氮量的增加而增加，GXB9的GS1蛋白表达量在中氮水平下最大。在低氮水平和中氮水平下，GXB9的GS1蛋白表达量高于GT11和ROC22的GS1蛋白表达量。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 植物对氮素的吸收利用

1．3 氮素对植物生长发育的影响

1．4 植物谷氨酰合成酶的研究进展

1．5 氮素对植物谷氨酰胺合成酶的影响

1．6 本研究的目的及意义

2 甘蔗scGSI基因的克隆

2．1 试剂及仪器

2．2 试验方法

2．2．1 总RNA的提取及甘蔗scGSI基因的克隆

2．2．2 甘蔗scGSI基因生物信息学分析

2．3 结果与分析

2．3．2 scGSI编码蛋白的生物信息学分析

2．3．3 scGSI系统进化树分析

2．4 讨论

2．5 小结

3 施氮水平对甘蔗农艺性状和叶绿体超微结构的影响

3．1 试验材料

3．2 试验设计

3．3 试验方法

3．3．1 农艺性状的测定

3．3．2 叶绿体超微结构

3．3．3 光合速率的测定

3．3．4 数据分析

3．4 结果与分析

3．4．1 不同氮水平对不同甘蔗品种株高的影响

3．4．2 不同氮水平对不同甘蔗品种茎径的影响

3．4．3 不同氮水平对不同甘蔗品种叶面积的影响

3．4．4 不同氮水平对不同甘蔗品种叶绿素相对含量的影响

3．4．5 不同氨水平对不同甘蔗品种叶绿体超微结构的影响

3．4．6 不同氮水平对不同甘蔗品种叶片净光合速率的影响

3．5 讨论

3．5．1 不同施氮水平对不同甘蔗品种农艺性状的影响

3．5．2 不同施氮水平对不同甘蔗品种光合特性的影响

3．5 小结

4 施氮水平对不同甘蔗品种GS表达和活性的影响

4．1 试验试剂

4．2 试剂配制方法

4．3 试验方法

4．3．1 谷氨酰胺合成酶活性的测定

4．3．2 谷氨酸合成酶活性的测定

4．3．3 甘蔗GS基因相对表达量的测定

4．3．4 甘蔗GS蛋白表达量的测定

4．3．5 数据分析

4．4 结果与分析

4．4．1 不同氮水平对不同甘蔗品种谷氨酰胺合成酶活性的影响

4．4．2 不同氮水平对不同甘蔗品种谷氨酸合成酶活性的影响

4．4．3 RNA的提取及GS荧光定量引物的筛选

4．4．4 不同氮水平对不同甘蔗品种GS基因mRNA水平表达量的影响

4．4．5 不同氮水平对不同甘蔗品种GSI蛋白表达量的影响

4．5 讨论

4．5．1 不同施氮水平对不同甘蔗品种GS和GOGAT活性的影响

4．5．2 不同施氮水平对不同甘蔗品种GS表达的影响

4．6 小结

5 结论

6 论文创新点及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文