低温胁迫下冬小麦糖酵解代谢对外源SA的响应

摘要

在植物生长发育过程中将会面临各种各样的胁迫，其中包括冷胁迫。糖酵解代谢途径中糖类和丙酮酸的积聚可以提高植物在低温下的生存能力，其中可溶性还原糖、蔗糖和果糖在调节植物细胞渗透性扮演着重要的角色。水杨酸(SA)，作为一种重要的信号分子，在植物响应非生物胁迫过程中有关键的作用。本研究用1 mM的SA喷施自然生长状态下苗龄为三叶期的东农冬麦1号(DN1)和济麦22号(JM22)小麦的叶片，并于大田自然降温至5、0、-10和-25℃时取样，测定两种小麦不同温度下叶片和根茎中主要的糖含量、丙酮酸含量、糖酵解代谢途径中关键酶的活性及其基因的相对表达水平。本研究旨在明确外源SA处理对低温胁迫下冬小麦糖酵解代谢的调控作用，有进而揭示外源SA提高冬小麦抗寒性的机制，为应用植物生长调节剂提高农作物抗寒性生产实践提供一定的理论基础。本实验主要研究结果如下:
　　(1)外源SA处理促进了两种冬小麦叶片和根茎中可溶性还原糖、蔗糖、果糖和丙酮酸含量的积累，这种作用在根茎中尤为显著。在零下低温时，与JM22小麦相比，DN1积累了更多的碳水化合物，有利于其安全越冬。
　　(2)外源SA处理显著提高了DN1和JM22两种冬小麦叶片和根茎糖酵解代谢途径中的关键酶HxK（己糖激酶）、PFK（磷酸果糖激酶）的活性;外源SA处理，显著提高了DN1叶片和根茎中PK（丙酮酸激酶）的活性，但在0℃以下低温JM22小麦叶片和根茎中PK活性却显著降低。这说明外源SA处理通过提高冬小麦糖酵解代谢途径中关键酶的活性，从而积累更多的中间代谢产物，并且产生足够的能量来维持越冬期间的能量耗散，为冬小麦越冬提供一定的保障作用，这种作用在DN1小麦品种中更为突出。
　　(3)外源SA处理使DN1和JM22叶片和根茎中糖酵解代谢关键酶的相关基因:TaHxK（己糖激酶基因）和TaPFK（磷酸果糖激酶基因）显著上调表达，这种影响在DN1小麦中尤为显著;但TaPK基因表达水平在DN1小麦叶片和根茎中上调表达，在JM22小麦叶片和根茎中下调表达。说明外源SA不仅在生理层面促进了冬小麦糖酵解代谢，也从分子层面证实外源SA能够提高冬小麦糖酵解关键酶基因的表达水平，从而提高了冬小麦的抗低温能力。
　　(4)相关性分析揭示，经外源SA处理后，提高了DN1叶片和根茎中PFK活性与TaHxK、TaPFK、TaPK表达量间的相关性，其中大部分达到了极显著相关水平;SA处理下，DN1小麦叶片中蔗糖含量与HxK、PFK、PK活性间显著正相关。
　　综上所述，外源SA处理，通过提高DN1小麦品种糖酵解代谢途径中关键酶活及其基因的相对表达量，从而提高了糖酵解呼吸代谢水平，积累了更多的糖类和丙酮酸，最终导致DN1小麦抗寒能力提高。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 低温胁迫对植物的影响

1．2 小麦应对低温胁迫的调控机制

1．2．1 小麦抗氧化酶及激素对低温作用

1．2．2 碳水化合物积累对植物抗低温作用

1．3 外源激素对非生物胁迫下植物糖酵解代谢的影响

1．3．1 糖酵解代谢途径

1．3．2 外源激素对植物糖酵解代谢的影响

1．4 SA对植物生长发育的影响

1．4．1 SA诱导高等植物非生物胁迫的机制

1．4．2 SA对植物低温胁迫的作用

1．4．3 SA对干旱、盐等非生物胁迫的影响

1．5 东农冬麦1号的研究进展

1．6 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验设计和取材

2．3 试验仪器及试剂

2．3．2 试验试剂

2．4 试验方法

2．4．1 可溶性还原糖含量的测定

2．4．2 蔗糖含量的测定

2．4．3 果糖含量的测定

2．4．4 丙酮酸含量的测定

2．4．5 己糖激酶活性的测定

2．4．6 磷酸果糖激酶活性的测定

2．4．7 丙酮酸激酶活性的测定

2．4．8 实时定量PCR

2．5 试验数据统计分析

2．6 技术路线

3 结果与分析

3．1．1 对可溶性还原糖含量的影响

3．1．2 对蔗糖含量的影响

3．1．3 对果糖含量的影响

3．1．4 对丙酮酸含量的影响

3．2 外源SA对低温胁迫下冬小麦糖酵解关键酶活性的影响

3．2．1 对己糖激酶活性变化的影响

3．2．2 对磷酸果糖激酶活性变化的影响

3．2．3 对丙酮酸激酶活性变化的影响

3．3 外源SA对冬小麦低温胁迫下糖酵解途径相关基因表达的影响

3．3．1 糖酵解代谢关键酶基因引物设计

3．3．2 冬小麦总RNA的提取及DNaseI处理

3．3．3 基因引物特异性检测结果

3．3．4 对TaHxK表达变化的影响

3．3．5 对TaPFK表达变化的影响

3．3．6 对TaPK表达变化的影响

3．4 相关性分析

3．4．1 低温下糖酵解代谢关键酶活与糖含量间的相关性分析

3．4．2 低温下糖酵解关键酶基因与糖含量间的相关性分析

3．4．3 低温下糖代谢关键酶活与糖代谢关键酶基因表达的相关性分析

4 讨论

4．2 外源SA对低温胁迫下糖酵解关键酶活及其基因表达的影响

4．3 低温下糖含量与糖酵解关键酶活性及基因表达的相关性分析

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文