低温胁迫对甘蔗幼苗根系基因差异表达和线粒体生理生化作用的影响

摘要

甘蔗（Saccharum officinarum L.）为禾本科甘蔗属作物，广泛种植于热带和亚热带地区，并作为生产食糖的重要原料，而广西是中国最大的甘蔗生产基地。本文以抗寒性较弱的新台糖22号(ROC22)和抗寒性较强的桂糖28号(GT28)两个甘蔗品种为研究对象，采用水培系统进行幼苗培养，并应用生理生化技术、SCOT差异表达技术，研究低温胁迫对甘蔗根系和根系线粒体生理生化作用及甘蔗根系基因差异表达的影响。研究结果如下:
　　 1.进一步完善甘蔗水培系统，甘蔗生长的前4d对营养液的pH值和电导率影响不大;营养液的最佳更换频率是每隔3天更换一次。
　　 2.低温处理导致蔗株根系生长迟缓甚至停止生长，根尖腐烂;根系活力大小与品种抗寒性呈正相关;低温处理下根系相对电导率增加，但品种间差异不明显。
　　 3.超微结构观察结果显示:低温胁迫导致根系细胞变形，细胞核内陷、解体，根系线粒体结构模糊、膜破裂或消失，嵴断裂、减少，线粒体解体。抗寒性强的GT28受损伤程度低于ROC22，表明细胞结构和线粒体结构与品种的抗寒性有关。
　　 4.低温胁迫下，甘蔗根系线粒体超氧阴离子自由基含量和抗氧化防护系统相关酶SOD、POD、CAT活性升高，但ROC22上述三个酶的活性增幅皆比GT28低，致使其积累更高含量的超氧阴离子自由基，从而导致膜脂过氧化加重，线粒体性能发生早衰，加速细胞死亡。
　　 5.SCOT基因差异表达分析结果表明，低温诱导甘蔗根系基因表达增加或沉默，其中，三个基因与不同的高粱假定蛋白具有极高的相似性，而另外两个基因分别与稻瘟病菌假定蛋白和甘蔗杂交品种R570的BAC克隆基因51L01具有极高的同源性。这些基因极有可能与甘蔗的抗寒性密切相关，但其功能还有待进一步的鉴定。

目录

声明

摘要

缩略词表

1 前言

1．1 概述

1．2 植物抗寒性研究进展

1．2．1 低温胁迫对植物生理生化作用的影响

1．2．2 低温胁迫对植物叶绿体、线粒体的影响

1．2．3 低温胁迫对植物基因差异表达的影响

1．2．4 低温胁迫对植物根系的影响

1．3 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 材料的准备和处理

2．2．1 甘蔗水培

2．2．2 试验处理

2．2．3 材料采集

2．3 测定项目及测定方法

2．3．1 低温胁迫对甘蔗水培营养液pH值和电导率的影响

2．3．2 低温胁迫对甘蔗幼苗根系生长形态的影响

2．3．3 低温胁迫对甘蔗幼苗根系的根系活力和相对电导率的影响

2．3．4 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体超微结构的影响

2．3．5 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体生理生化特性的影响

2．3．6 低温胁迫对甘蔗幼苗根系基因差异表达的影响

2．3．7 数据处理及分析

3 结果与分析

3．1 低温胁迫对甘蔗水培营养液pH值和电导率的影响

3．1．1 低温胁迫对水培营养液pH值的影响

3．1．2 低温胁迫对水培营养液电导率的影响

3．2 低温胁迫对甘蔗幼苗根系生长形态的影响

3．3 低温胁迫对甘蔗幼苗根系活力和相对电导率的影响

3．3．1 低温胁迫对甘蔗幼苗根系活力的影响

3．3．2 低温胁迫对甘蔗幼苗根系相对电导率的影响

3．4 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体活体染色和超微结构的影响

3．4．1 甘蔗幼苗根系线粒体活体染色

3．4．2 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体超微结构的影响

3．5 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体生理生化特性的影响

3．5．1 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体超氧阴离子自由基含量的影响

3．5．2 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体SOD活性的影响

3．5．3 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体POD活性的影响

3．5．4 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体CAT活性的影响

3．5．5 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体膜透性和Cyt c／a的影响

3．6 低温胁迫对甘蔗幼苗根系基因差异表达的影响

3．6．1 总RNA的提取

3．6．2 第一链cDNA的合成

3．6．3 cDNA-SCOT琼脂糖凝胶电泳结果分析

3．6．4 cDNA-SCOT聚丙烯酰胺凝胶电泳检测

3．6．5 差异片段的克隆和序列分析

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．1．1 低温胁迫对甘蔗水培营养液pH值和电导率的影响

4．1．2 低温胁迫对甘蔗幼苗根系生长形态的影响

4．1．3 低温胁迫对甘蔗幼苗根系活力和相对电导率的影响

4．1．4 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体超微结构的影响

4．1．5 低温胁迫对甘蔗幼苗根系线粒体生理生化特性的影响

4．1．6 低温胁迫对甘蔗幼苗根系基因差异表达的影响

4．2 全文结论

4．3 研究问题与展望

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间科研、学术活动和论文发表等情况