冬小麦水分状况及冷相关蛋白基因表达与抗寒性关系的研究

摘要

黑龙江冬季气候寒冷且降雪量年际间不平衡，冻害成为制约着冬小麦生长和产量主要因素。筛选出抗寒性较强的品种，对在高纬度区开发种植冬小麦，促进冬小麦生产有重要的意义。长期研究表明，寒地冬小麦越冬的主要部位为分蘖节。为揭示冬小麦分蘖节在越冬期的水分状况的遗传差异及一些冷蛋白相关基因的调控机制，本研究首先以抗寒性不同的6个冬小麦品种为材料，测定其分蘖节在整个越冬期间的膜稳定性、不同状态的水分含量及组成、调查越冬返青率，并用隶属函数法性对6个冬小麦品种进行抗寒性综合鉴定。以抗寒性鉴定试验中确定的三个强抗寒性冬小麦品种东农冬麦1号、东农377、东农256为材料，以弱抗寒性品种济麦22为对照，针对从小麦前期测序的表达谱中筛选出的8个冷相关蛋白基因，采用荧光定量PCR技术，测定越冬期不同阶段冬小麦品种间各冷蛋白相关基因的表达量差异，以期通过各冷蛋白基因在不同冬麦越冬期的表达行为，揭示冬小麦耐寒性形成的部分遗传机制，为后续的基因克隆以及冬小麦耐寒性提供依据。本研究结果如下:
　　1、在寒地自然越冬条件下，冬小麦的返青率与电导率、自由水含量及自由水/束缚水呈极显著负相关，与相对含水量呈极显著正相关，与组织含水量呈显著负相关。相对含水量和自由水/束缚水比值更能反映出膜受损情况，更适合作为冬小麦抗寒的评价指标。
　　2、利用隶属函数法，对6个冬小麦品种进行了田间自然越冬期抗寒性的综合评价。分级结果为:冬麦1号、东农377、东农256为高抗寒品种（Ⅰ级）;东农373为抗寒品种（Ⅱ级）;东农608为中等抗寒品种（Ⅲ级）;济麦22为弱抗寒品种(Ⅳ)。
　　3、低温可诱导冬小麦抗病蛋白TSN1基因的高表达，且各冬小麦品种中TSN1基因表达所需求的负积温和诱导时间不同，强抗寒性品种所需的诱导时间短，负积温少;弱抗寒性品种所需的诱导时间长，负积温多。
　　4、低温可诱导强抗寒性冬麦品种中冷诱蛋白基因WCOR518基因和低温诱导蛋白COR39基因的超表达，在弱抗寒性品种中WCOR518和COR39基因的表达量变化不显著。
　　5、低温可诱导冬小麦中脱水响应蛋白DBP基因和脱水蛋白DHN5基因的高表达，但表达量最大值出现的时期各不相同,DBP在封冻中期表达量最高;DHN5在深度封冻期表达量最高。其中DBP的表达量与冬小麦的抗寒性呈正相关。
　　6、低温可诱导冬小麦中抗性蛋白NBS-LRR1基因的高表达，NBS-LRR1在封冻初期表达量最高且与冬小麦的抗寒性呈负相关;在越冬期，各冬麦品种中抗性蛋白NBL1基因的表达量变化的规律性不大，NBL1与冬麦抗寒性的关系有待进一步研究。
　　7、冷激蛋白CS120基因对低温响应敏感，强抗寒性冬麦品种中的CS120基因的表达量大于弱抗寒性冬麦品种中CS120基因的表达量，且强抗寒性冬麦品种中CS120基因的表达量随负积温的增加而增多。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 植物抗寒性的研究

1．1．1 生物膜系统与植物的抗寒

1．1．2 细胞水分含量与植物的抗寒性

1．1．3 渗透调节物质与植物的抗寒性

1．1．4 低温胁迫相关蛋白

1．2 冬小麦抗寒性鉴定方法

1．3 研究的目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验材料

2．1．1 抗寒性鉴定的试验材料与试验设计

2．1．2 冷相关蛋白基因表达测定的试验材料与试验设计

2．1．3 试验药品

2．1．4 试验仪器

2．2 试验方法及测定

2．2．1 田间返青率调查

2．2．2 相对电导率的测定

2．2．3 分蘖节水分含量的测定

2．2．4 分蘖节总RNA的提取与检测

2．2．5 cDNA的合成

2．2．6 实时荧光定量PCR

2．3 数据处理

2．3．1 综合评价方法

2．3．2 qRT-PCR数据处理

2．3．3 其他数据的处理

3 结果与分析

3．1 冬小麦的返青情况

3．2 冬小麦分蘖节的电导率变化

3．3 冬小麦分蘖节的水分变化

3．3．1 组织含水量的变化

3．3．2 自由水和束缚水的变化

3．3．3 相对含水量的变化

3．4 各指标的相关性分析

3．5 隶属函数法对各冬小麦品种抗寒性综合评价

3．6 qRT-PCR定量结果

3．6．1 不同低温下TSN1基因的荧光定量PCR

3．6．2 不同低温下WCOR518基因的荧光定量PCR

3．6．3 不同低温下DBP基因的荧光定量PCR

3．6．4 不同低温下DHN5基因的荧光定量PCR

3．6．5 不同低温下COR39基因的荧光定量PCR

3．6．6 不同低温下NBL1基因的荧光定量PCR

3．6．7 不同低温下NBS-LRR1基因的荧光定量PCR

3．6．8 不同低温下CS120基因的荧光定量PCR

4 讨论

4．1 低温下冬小麦返青率、电导率和水分含量之间的关系

4．2 不同冬小麦品种的抗寒性鉴定

4．3 冷相关蛋白基因与抗寒性的关系

4．3．1 小麦抗病蛋白TSN1

4．3．2 冷驯化蛋白WCOR518

4．3．3 脱水响应蛋白DBP和脱水蛋白DHN5

4．3．4 低 温诱导蛋白COR39

4．3．5 NBS-LRR抗性蛋白

4．3．6 冷激蛋白CS120

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文