干旱胁迫对幼苗期甜菜脯氨酸(Pro)代谢通路的影响

摘要

甜菜是世界上重要的糖料作物，目前在甜菜生产中，干旱已成为制约其产量和产业发展的重要因素，降低甜菜对水分缺乏的敏感性和提高其抗旱性已成为甜菜生产亟待解决的难题。培育耐旱性甜菜可以促进甜菜产业的发展，特别是苗期抗旱性的增强有利于甜菜保苗以及幼苗的正常生长。深入挖掘与甜菜抗旱相关的酶和基因，研究甜菜的抗旱机制对于甜菜抗旱育种具有重要的意义。甜菜在受到干旱胁迫时，体内会在短时间内合成一些渗透调节物质来适应干旱环境，在这些渗透调节物质中，以脯氨酸分布最为广泛。对于干旱胁迫下幼苗期甜菜脯氨酸代谢累积机制进行研究，有助于甜菜苗期的抗旱及生长。本论文选取三种抗旱性不同的甜菜W6-1，CL-6，DY-5，对其2对和3对真叶幼苗进行模拟干旱处理，从生理指标和分子生物学角度研究了脯氨酸含量变化、与脯氨酸代谢相关酶含量变化及相关基因表达量的变化，探究了干旱胁迫对幼苗期甜菜脯氨酸(Pro)代谢通路的影响，取得了如下研究成果：
　　1．采用15％PEG-6000对甜菜幼苗进行不同时间模拟干旱处理，测定各处理样品（共计30份样品）脯氨酸含量及其代谢相关酶活性变化，结果表明：不同材料、不同生育时期脯氨酸的积累、P5CR、P5CS酶活性与干旱胁迫之间均表现为时间依赖关系，呈正相关，各材料之间存在明显的差异，抗旱性强的品种脯氨酸含量高于同期干旱敏感型品种；ProDH是脯氨酸分解代谢酶，其酶活性呈负相关比较干旱胁迫后，不同抗旱性甜菜同时期和同一甜菜不同时期的脯氨酸含量、P5CR酶活性、P5CS酶活性，表明这三个生理指标可以作为分析和筛选甜菜抗旱品种的参考指标。
　　2．从生理指标角度分析了干旱胁迫后，不同类型甜菜品种幼叶脯氨酸含量和代谢相关酶活变化的相关性，结果随着胁迫时间的延长，脯氨酸的积累与P5CR酶、P5CS酶活性呈正相关关系，P5CR酶、P5CS酶是脯氨酸累积的关键酶，其中P5CS酶是脯氨酸合成的限速酶。
　　3．采用荧光定量PCR技术对不同处理的30份样品（含对照）检测脯氨酸代谢相关酶基因表达量变化，结果表明：δ-OAT基因表达量无明显变化，P5CR基因，P5CS基因表达量均上调，而ProDH基因表达量出下调，说明随着胁迫时间的延长脯氨酸的积累是通过激活合成代谢途径实现的。
　　4．综合分析干旱胁迫对甜菜幼苗脯氨酸代谢通路的影响，结果表明：随着胁迫时间的延长，脯氨酸的积累是通过激活以P5CR酶、P5CS酶为主的脯氨酸合成代谢途径及抑制ProDH酶为主的脯氨酸分解代谢途径实现的，P5CR酶、P5CS酶和ProDH酶是脯氨酸累积的关键酶，其中P5CS酶与是脯氨酸合成最为相关。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1 .2植物抗旱性研究

1.3 脯氨酸与植物抗逆性研究进展

1.4脯氨酸代谢相关的酶和基因研究进展

1.5 主要研究内容和技术路线

第2章 材料与方法

2.1 材料与试剂

2.2 实验方法

第3章 干旱胁迫下脯氨酸及代谢相关酶研究

3.1 干旱胁迫下幼叶脯氨酸含量变化分析

3.2 干旱胁迫下脯氨酸代谢相关酶活性变化分析

3.3 本章小结

第4章 干旱胁迫下脯氨酸代谢相关基因研究

4.1 甜菜总RNA的提取和cDNA合成

4.2 荧光定量PCR检测相关酶基因表达量

4.3 讨论与小结

第5章 干旱胁迫对幼苗期甜菜脯氨酸代谢通路影响的相关性分析

5.1脯氨酸含量变化与代谢相关酶活性相关性分析

5.2脯氨酸含量变化与代谢相关酶基因表达量相关性分析

5.3讨论与小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢