S-诱抗素诱导玉米抗旱性机制研究

摘要

玉米（Zea mays）被认为是世界三大粮食作物之一，总产量和播种面积仅次于水稻和小麦。干旱作为一个国际性急待解决的问题，且随着全球气温不断升高干旱问题愈发明显。非生物胁迫中的水分胁迫目前被认为是影响玉米产量最主要因素，它的发生将严重制约着玉米的产量提高。黄淮海夏玉米地区是我国重要的玉米主产区，常因干旱胁迫原因造成玉米产量下降。生产中S-诱抗素对作物抗逆性的影响以及在农业中的应用已经越来越受到人们的关注。本研究采用了水培种植方式研究了S-诱抗素浸种对PEG模拟干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响；采用温室土培的种植方式研究了不同干旱胁迫下不同浓度的S-诱抗素喷雾对玉米幼苗的生理生化影响和重度干旱胁迫下S-诱抗素最佳浓度及其合成抑制剂钨酸钠对干旱胁迫下玉米幼苗的生理生化及内源激素的影响；并利用荧光定量PCR技术研究了S-诱抗素对玉米Asr1表达的影响。主要研究结果如下： 1)15%PEG-6000模拟干旱试验研究发现，不同浓度的S-诱抗素浸种在一定程度上能提高干旱胁迫下玉米种子的发芽率、发芽势及幼苗的生物量，系统聚状分析和相关性状分析表明4mg·kg-1S-诱抗素浸种效果最好。叶面喷施4mg·kg-1的S-诱抗素溶液后干旱胁迫的不同时间段内提高了玉米叶片中内源ABA含量、游离脯氨酸和可溶性糖含量，降低了叶片中H2O2、MDA含量，显著增强了叶片中抗氧化保护酶活性，提高玉米Asr1基因的相对表达量，且抗旱性强的郑单958内源ABA含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶活性及Asr1基因的相对表达量均高于浚单20。表明S-诱抗素处理通过增加内源ABA含量，诱导幼苗的抗氧化酶活性增加，提高Asr1基因的相对表达量，减少干旱对玉米叶片造成的氧化伤害，一定程度上提高了玉米幼苗对干旱胁迫的适应能力，且对郑单958的效果更显著，为进一步应用S-诱抗素缓解玉米干旱胁迫提供参考依据。 2)温室土培方法研究结果表明：干旱胁迫下，S-诱抗素喷雾增加了玉米的净光合作用和水分利用率，降低胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率和气孔导度，减缓叶绿素的降解，提高玉米幼苗内源ABA含量，加强玉米对逆境胁迫信号的感受，诱导了抗氧化保护酶SOD、CAT、POD、PPO活性增强，减少MDA含量，提高了玉米Asr1基因相对表达量，从而减轻干旱胁迫对玉米造成的氧化损伤，提高玉米耐受性。通过主成分分析得到XD20-MD的综合评价由大到小依次为T3＞T2＞T4＞T1＞T5＞T6（T1：5mg?kg-1S-ABA；T2：15mg?kg-1S-ABA；T3：25mg?kg-1S-ABA；T4：35mg?kg-1S-ABA；T5:干旱对照；T6:正常浇水）；XD20-SD的综合评价由大到小依次为T3＞T2＞T1＞T4＞T5＞T6；ZD958-MD的综合评价由大到小依次为T3＞T2＞T4＞T6＞T1＞T5；ZD958-SD的综合评价由大到小依次为T3＞T2＞T1＞T5＞T4＞T6；综合不同品种不同干旱研究发现，T3处理下的玉米抗旱性最强。 3)温室土培方法，试验结果表明：重度干旱胁迫下，S-诱抗素提高了玉米叶片的叶绿素含量，从而提高光合作用。S-诱抗素处理提高了玉米内源ABA含量，降低了内源ZT、GA3、IAA含量，提高ABA/ZT、ABA/GA3和ABA/IAA的比值，但不同部位的比值有差异，这可能是提高玉米抗旱性重要的生理基础，根据因子及主成分得分即可对S-诱抗素处理下玉米不同部位的抗旱性进行综合评价，S-诱抗素处理的玉米不同部位的综合评价由大到小依次为叶＞根＞茎。综合研究发现，S-诱抗素处理对玉米叶片抗旱性最强。而钨酸钠处理结果则表现相反，加重了干旱对玉米的伤害程度，S-诱抗素及内源ABA合成抑制剂钨酸钠对重度干旱胁迫下玉米不同部位（根、茎、叶）具有重要调节作用。S-诱抗素对重度干旱胁迫下玉米抗旱性的增强，可能与4种内源激素的信号传导密切相关。

目录

声明

1 前言

1.1 干旱胁迫对植物的生理变化的影响

1.2 植物抗旱的生理生化基础

1.2.1 气孔调节

1.2.2 渗透调节

1.2.3 植物激素的调节

1.2.4 抗氧化防御系统的调节

1.3 植物抗旱的分子机制

1.3.1 功能基因

1.3.2 调节基因

1.4 植物生长调节剂对植物抗旱能力的影响

1.5 内源激素ABA的生物合成

1.6 ABA与抗旱基因的调控

1.7 S-诱抗素对植物抗旱性的影响

1.7.1 S-诱抗素的结构特征

1.7.2 S-诱抗素的登记情况

1.7.3 S-诱抗素的研究进展

1.8 ASR基因的研究进展

1.8.1 ASR蛋白结构

1.8.2 ASR基因与植物抗逆性

1.9 本研究的立论依据及意义

2 材料与方法

2.1 供试药剂、试剂及主要仪器

2.1.1 供试药剂、试剂

2.1.2 主要仪器

2.1.3 供试品种

2.1.4 供试药剂

2.1.5 供试土壤

2.2 试验设计

2.2.1 S-诱抗素浸种对PEG模拟干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响

2.2.2 不同干旱胁迫下S-诱抗素喷雾对玉米幼苗的生理生化影响

2.2.3 S-诱抗素及其合成抑制剂钨酸钠对干旱胁迫下玉米幼苗的生理生化及内源激素的影响

2.3 测定项目及方法

2.3.1 叶绿素含量的测定

2.3.2 光合参数的测定

2.3.3 内源激素含量的测定

2.3.4 脯氨酸含量的测定

2.3.5 可溶性糖含量的测定

2.3.6 过氧化氢含量的测定

2.3.7 丙二醛含量的测定

2.3.8 酶液提取及酶活性测定

2.3.9 RT-qPCR试验方法

3 结果与分析

3.1 S-诱抗素浸种对PEG模拟干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响

3.1.1 S-诱抗素浸种对玉米种子萌发生物学性状的影响

3.1.2 S-诱抗素浸种对玉米种子抗旱指数影响

3.1.3 S-诱抗素对玉米叶片内源ABA含量的影响

3.1.4 S-诱抗素对过氧化氢（H2O2）含量的影响

3.1.5 S-诱抗素对丙二醛（MDA）含量的影响

3.1.6 S-诱抗素对渗透物质的影响

3.1.7 S-诱抗素对抗氧化保护酶的影响

3.1.8 S-诱抗素对Asr1基因表达量的影响

3.2 S-诱抗素喷雾对干旱胁迫下玉米幼苗的生理生化影响

3.2.1 S-诱抗素喷雾对玉米光合作用的影响

3.2.2 S-诱抗素喷雾对玉米叶绿素含量的影响

3.2.3 S-诱抗素喷雾对玉米内源ABA含量的影响

3.2.4 S-诱抗素喷雾对玉米丙二醛（MDA）含量的影响

3.2.5 S-诱抗素喷雾对玉米叶片渗透物质含量的影响

3.2.6 S-诱抗素喷雾对玉米抗氧化酶活性的影响

3.2.7 S-诱抗素喷雾对玉米Asr1基因表达量的影响

3.2.8 S-诱抗素喷雾对玉米抗旱能力综合评价

3.3 S-诱抗素及其合成抑制剂钨酸钠对干旱胁迫下玉米幼苗生理生化及内源激素的影响

3.3.1 S-诱抗素及其抑制剂对玉米叶绿素含量的影响

3.3.2 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位丙二醛（MDA）含量的影响

3.3.3 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响

3.3.4 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位过氧化氢酶（CAT）活性的影响

3.3.5 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位过氧化物酶（POD）活性的影响

3.3.6 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位多酚氧化酶（PPO）活性的影响

3.3.7 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位内源激素的影响

3.3.8 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位内源激素比值的影响

3.3.9 S-诱抗素及其抑制剂对玉米不同部位抗旱能力综合评价

4 讨论

4.1 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响

4.2 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米叶绿素及光合作用的影响

4.3 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米内源激素ABA的影响

4.4 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米过氧化氢和丙二醛的影响

4.5 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米渗透物质的影响

4.6 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米抗氧化保护酶活性的影响

4.7 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米Asr1基因表达的影响

4.8 S-诱抗素对干旱胁迫下玉米4种内源激素的影响

5 结论

5.1 S-诱抗素浸种对PEG模拟干旱胁迫下玉米种子萌发及幼苗生长的影响

5.2 S-诱抗素喷雾对干旱胁迫下玉米幼苗的生理生化影响

5.3 S-诱抗素及其合成抑制剂钨酸钠对干旱胁迫下玉米幼苗的生理生化及内源激素的影响

6 本研究的创新及不足之处

6.1 创新之处

6.2 不足之处

参考文献

致谢

9 攻读硕士期间发表的论文情况