铁胁迫对‘砀山酥梨’叶片矿质营养及相关基因表达的影响

摘要

铁是果树必需的微量元素之一,在果树光合作用、呼吸作用、蛋白质和核酸的合成等诸多生理代谢过程中发挥着极其重要的作用。黄河故道地区是我国梨主产区之一,其主栽品种‘砀山酥梨’缺铁现象严重,这严重影响了‘砀山酥梨’的产量和品质。
　　为了探讨缺铁对‘砀山酥梨’叶片矿质营养、相关基因表达以及对叶片中叶绿体片层结构的影响,试验以‘砀山酥梨’缺铁黄化叶片为试材,测定了不同黄化程度的叶片中矿质元素的含量,分析了缺铁对其他矿质元素含量的影响及其元素之间的相关性。运用RACE技术克隆了叶片中铁贮藏蛋白与铁氧还蛋白基因,并通过Real-timePCR技术分析其在不同黄化程度叶片中的相对表达量;通过透射电镜技术,观察了正常叶片和黄化叶片中的叶绿体片层结构。试验获得的主要结果如下:
　　1、在黄河故道地区,‘砀山酥梨’有缺铁黄化现象,表现为幼叶首先黄化,叶片小,在展叶期表现尤为明显,后期严重时,整个当年生枝条均黄化。不同程度缺铁叶片中Fe含量的变化与Cu、Mo的含量呈极显著正相关,其相关系数分别为r(Fe,Cu)=0.998,r(Fe,Mo)=0.998;与B、Cl含量的变化呈显著性正相关,r(Fe,B)=0.985,r(Fe,Cl)=0.968。说明缺铁的同时,也引起了其他矿质元素的缺乏。
　　2、‘砀山酥梨’正常叶片叶绿体的基粒呈片层状有序地排列,黄化叶片叶绿体结构发生了畸变,片层结构解体,呈片断状。
　　3、以‘砀山酥梨’cDNA为模板,用TakaRa3′-FullRACEkit和SMARTerTM5'-RACEcDNAAmplificationkit试剂盒进行了cDNA末端扩增,获得PbFer1、PbFer2、PbFer3、PbFer4和PbFd1基因的3′端序列及PbFer1、PbFer2、PbFer4和PbFd1基因的5′端序列。经拼接获得了PbFer1、PbFer2、PbFer4和PbFd1基因的cDNA全长。生物信息学分析表明,PbFer1基因序列全长为1179bp,编码区(CDS)为798bp,编码265个氨基酸,其中,5'端非翻译区50bp,3′端非翻译区224bp。PbFer2基因序列全长为1052bp,编码区(CDS)为828bp,编码275个氨基酸,其中,3′端非翻译区224bp。PbFer3基因序列全长为1103bp,编码区(CDS)为789bp,编码262个氨基酸,其中,5'端非翻译区15bp,3′端非翻译区299bp。PbFer4基因序列全长为1145bp,编码区(CDS)为816bp,编码271个氨基酸,其中,5'端非翻译区105bp,3′端非翻译区224bp。PbFd1基因序列全长为704,编码区(CDS)为435bp,编码144个氨基酸,其中,5'端非翻译区59bp,3′端非翻译区210bp。
　　4、不同程度缺铁叶片中铁蛋白和PbFd1基因的表达量存在差异。轻度缺铁时,PbFer2的相对表达量较高,随着缺铁程度的增加,PbFer2相对表达量显著下降;PbFer1、PbFer3和PbFer4基因的相对表达量随着缺铁程度的增加而显著下降;叶片轻度缺铁时PbFd1基因的相对表达量显著下降,当叶片中度缺铁时PbFd1基因的相对表达量略微上升,但仍显著低于正常叶片,当叶片严重缺铁时,PbFd1基因的相对表达量则明显下降。

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1 文献综述

1.1 果树矿质营养的研究进展

1.2 铁素营养的研究进展

1.3 植物铁蛋白的研究进展

1.4 植物铁氧还蛋白的研究进展

2 引 言

2.1 研究的目的和意义

2.2 研究的内容

2.3 技术路线

3 材料与方法

3.1 试验材料

3.2 试验仪器

3.3 主要试剂

3.4 试验方法

4 结果与分析

4.1 ‘砀山酥梨’ 叶片黄化现象观察

4.2 ‘砀山酥梨’黄化叶片矿质元素含量分析

4.3 ‘砀山酥梨’叶片中总RNA的提取及cDNA检测

4.4 ‘砀山酥梨’铁蛋白基因和铁氧还蛋白基因片段的克隆

4.5 铁蛋白基因和铁氧还蛋白基因3′端序列克隆

4.6 铁蛋白基因和铁氧还蛋白基因5′端序列克隆

4.7 ‘砀山酥梨’铁蛋白基因和铁氧还蛋白基因生物信息学分析

4.8 ‘砀山酥梨’铁蛋白基因和铁氧还蛋白差异表达分析

5 讨 论

5.1 铁胁迫与‘砀山酥梨’叶片黄化的关系

5.2 ‘砀山酥梨’叶片黄化与叶绿体结构的关系

5.3 铁蛋白基因表达分析与‘砀山酥梨’叶片黄化的关系

5.4 铁氧还蛋白基因表达分析与‘砀山酥梨’叶片黄化的关系

6 结 论

参考文献

致谢

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