拟南芥突变体LBT抗低硼胁迫生理和分子机制的研究

摘要

硼是高等植物生长发育所必需的重要微量元素，土壤中硼缺乏或者过量都会对植物生长发育造成不利影响，由此也成为农业生产上的主要问题之一。随着近几年硼测定技术、细胞和分子生物学技术等的发展以及芸薹科模式植物拟南芥基因组测序的完成，利用拟南芥来研究植物硼的吸收转运生理及分子机制对作物硼营养性状的遗传改良具有重要意义。本研究以早期研究获得的拟南芥抗低硼胁迫突变体BT及其野生型Col-0为材料，通过硼同位素示踪、石蜡切片显微观察、以及基因表达等技术来研究它们对低硼胁迫反应的差异，以揭示LBT耐低硼胁迫的生理和分子机制。获得的主要结果如下:
　　 1.拟南芥LBT抗低硼胁迫的生理基础
　　 通过水培实验调查了LBT和Col-0低硼胁迫下的生长性状，并利用10B同位素示踪法分析了不同部位硼含量差异，结果表明LBT地上部和根鲜干重均显著高于Col-0，LBT中地上部、新叶和根中总硼含量及其地上部和新叶中10B含量均显著高于Col-0。这说明了LBT的硼吸收转运能力强于Col-0。
　　 2.拟南芥LBT低硼胁迫下的形态特征
　　 利用根系扫描和石蜡切片等技术考察了低硼胁迫下拟南芥LBT和Col-0的根系性状、地上部表型以及叶片的细胞结构和气孔数目，结果表明，LBT的总根长、根尖数、根体积及总表面积均显著高于Col-0; LBT地上部生长优于Col-0，而且LBT地上部新叶具有较大的细胞和细胞间隙，其新叶的气孔总数显著高于Col-0。由此可推测，硼在LBT中被优先分配到新生组织中可能和蒸腾作用有关。
　　 3.拟南芥LBT低硼胁迫下硼吸收转运相关基因的表达分析
　　 为验证LBT基因与已报道的硼吸收转运相关基因BOR1，BOR2，BOR3，BOR4，NIP5;1, NIP6;1，WRKY6和FFT是否在硼吸收转运过程中存在相互作用，通过定量PCR进行了不同硼水平下LBT和Col-0根和地上部中的基因表达分析。结果表明，在低硼水平下，仅有LBT根中NIP5;1基因的表达量显著高于Col-0，结合LBT和Col-0对硼吸收能力差异分析可知，LBT较强的硼吸收能力和根中NIP5;1的高量表达有关。我们推测，LBT基因与NIP5;1可能存在一定的联系。
　　 综合以上结果表明，拟南芥突变体LBT在低硼胁迫下的地上部和根系具有明显的生长优势，而且LBT硼吸收能力显著强于Col-0，可能是因为LBT根中NIP5;1基因的表达显著增强，而促使LBT吸收更多的硼。同时随着蒸腾流，LBT吸收的硼会优先转移到新生组织中被利用。

目录

论文说明

声明

摘要

1 文献综述

1．1 硼的特点

1．2 植物体内硼的含量与分布

1．3 植物中硼的营养功能

1．3．1 硼与植物细胞的结构和功能

1．3．2 硼胁迫对植物的影响

1．4 拟南芥中硼相关基因的研究进展

1．4．1 被动扩散和通道介导的硼酸转运

1．4．2 硼外向转运子介导的硼的木质部装载

1．4．3 拟南芥中硼运输系统的调控

1．4．4 根中硼的径向运输

1．4．5 地上部硼的分配

1．4．6 与硼有关的转基因植物

2 研究目的、基础、内容和技术路线

2．1 研究意义

2．2 研究基础

2．3 研究目的

2．4 研究内容

2．4．1 抗低硼胁迫的生理机理

2．4．2 突变体叶片细胞结构和根系构型分析

2．4．3 耐低硼基因的表达分析

2．5 技术路线

3 拟南芥突变体LBT硼的吸收与分配

3．1 材料与方法

3．1．1 植物材料

3．1．2 试验方法

3．2 结果与分析

3．2．1 低硼胁迫下LBT和Col-0的表型特征

3．2．2 LBT和Col-0地上部及其根系生物量的差异

3．2．3 LBT和Col-0硼含量的差异分析

3．3 讨论

4 根系形态和叶片显微结构的观察

4．1 材料与方法

4．1．1 植物材料及取样方法

4．1．2 石蜡切片方法和步骤

4．1．3 气孔观察方法

4．2 试剂和仪器

4．2．1 试剂及其配制

4．2．2 所用器材

4．3 结果与分析

4．3．1 低硼胁迫下两生态型间根系形态的差异

4．3．2 LBT和Col-0叶片显微结构的差异

4．3．3 低硼胁迫下两生态型叶片气孔的差异

4．4 讨论

4．4．1 LBT根系形态与耐低硼胁迫的关系

4．4．2 LBT叶片细胞结构与耐低硼胁迫的关系

5 LBT硼吸收转运基因的表达分析

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验设计及方法

5．2 结果与分析

5．2．1 苗期和花期硼相关基因半定量PCR结果分析

5．2．2 苗期根和地上部硼相关基因定量PCR结果分析

5．2．3 四个硼处理下根中硼相关基因定量PCR结果分析

5．3 讨论

6 缺硼MS培养基培养拟南芥的方法

6．1 材料与试剂

6．1．1 植物材料

6．1．2 MS培养基储备液的配制

6．2 培养方法

6．3 结果与分析

6．3．1 直播方式培养

6．3．2 移栽方式培养

6．4 讨论

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢