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水稻IR64-Sub1的耐淹水特性及其基因表达与生理解析

作　者: 胡美霞
导　师: 曾汉来
学　校: 华中农业大学
专　业: 生理学
关键词: Sub1 水稻耐淹性基因表达活性氧清除系统
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水稻是一种半水生作物,对水分的需求量很大,但其正常生长的水层深度也有一定的范围,在长期没顶淹水下不能生存。水稻是主要的粮食作物,长期以来因洪涝灾害造成的水稻减产或绝收是饥荒发生的主要原因之一。随着全球气候变化,降水不均导致水灾与旱灾频繁发生,我国长江流域和南方稻区水稻种植季节是洪涝高发生时期,且具有突发性、短期性特征。如何从水稻本身特性改良,培育具有短期抗洪涝能力的新品种是减灾的重要措施。目前我国缺乏耐淹的水稻品种资源,引进及筛选有利的耐淹资源,育成适合我国种植的耐淹水稻品种意义重大。本研究主要从国外引进具有特异耐淹能力的水稻品种IR64-Sub1,并以其亲本IR64,国内常规籼稻品种9311、特籼占为对照,对其耐淹水特性及生理机制进行探讨和解析,以期了解和评价“耐淹基因”Sub1在我国的利用价值。主要结果如下：1.在不同淹水条件下,IR64-Sub1的耐淹特性主要表现为：在没顶淹水的情况下抑制叶片及节间伸长,减少糖代谢,植株生长减缓或停止。在退水后叶片持绿,较快恢复生长。这种耐淹方式与深水稻避淹方式相反。2.IR64-Sub1的耐淹性与生育期和淹水环境密切相关。在不同生育期和淹水环境下耐淹能力有很大区别。生殖生长阶段对没顶淹水最为敏感,营养生长阶段是较为耐淹的时期,在苗期和分蘖期IR64-Sub1一般能够忍受2周内的没顶淹水。在水温适宜、水体清澈的情况下,IR64-Sub1在分蘖期甚至能忍受20天左右的没顶淹水。3.比较了IR64-Sub1和IR64在没顶淹水情况下逆境生理指标和相关基因表达特性。IR64-Sub1根尖过氧化氢含量在淹水前后变化很小,而IR64根尖过氧化氢含量在淹水后明显升高。荧光定量PCR技术比较两品种在淹水各个时间段叶片中活性氧清除系统相关酶Cu/Zn-SOD(超氧化物歧化酶)、APX(抗坏血酸过氧化物酶)、GO(乙醇酸氧化酶)、CAT(过氧化氢酶)的基因表达水平,在淹水条件下IR64-Sub1的Cu/Zn-SOD和CAT表达水平较IR64上调更高,且Cu/Zn-SOD有较为显著的差异。而APX和GO则表达下调,两个材料之间差异很小。IR64-Sub1在淹水条件下活性氧清除系统的相关酶类更加活跃,这对于清除淹水条件下细胞内生成的有害物质非常有益。本研究表明,IR64-Sub1具有较强的耐淹特性,可以作为育种资源在我国耐淹性品种选育中应用。相关生理与基因表达结果可以用于筛选适合的生理指标或相关分子标记用于快速测定水稻品种的耐淹能力,提高育种效率。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-10
缩略词表  10-11
1. 文献综述  11-23
  1.1 水稻主要耐淹机制研究进展  11-19
    1.1.1 深水稻耐淹机制  12
    1.1.2 深水稻耐淹机制的研究进展  12-13
    1.1.3 陆稻耐淹机制  13-15
    1.1.4 陆稻耐淹机制研究进展  15-17
    1.1.5 两种耐淹机制的比较  17-18
    1.1.6 水稻耐淹性与不同淹水环境的关系  18
    1.1.7 我国耐淹水稻研究现状  18-19
  1.2 荧光定量PCR技术  19-23
    1.2.1 RT-qPCR技术的原理  19-20
    1.2.2 RT-qPCR检测技术  20-22
    1.2.3 RT-qPCR技术在分子生物学中的应用  22-23
  1.3 本研究选题的目的与意义  23
2. 研究材料与方法  23-27
  2.1 实验材料  23-24
  2.2 淹水处理  24-25
  2.3 实验方法  25-27
    2.3.1 叶片电导率的测定  25
    2.3.2 水稻叶片脯氨酸含量测定  25
    2.3.3 根尖过氧化氢(H_2O_2)含量测定  25
    2.3.4 数据分析  25-26
    2.3.5 实时荧光定量PCR分析  26-27
3. 结果与分析  27-40
  3.1 IR64-Sub1各发育时期耐淹水性评价  27-30
  3.2 水稻耐淹性与环境的关系  30-31
  3.3 不同材料对淹水逆境反应方式分析  31-32
  3.4 淹水条件下逆境适应相关生理基础分析  32-33
  3.5 淹水逆境相关酶基因的表达分析  33-40
    3.5.1 RNA质量及反转录检测  33-34
    3.5.2 RT-qPCR实验中所用引物扩增效率检测  34-35
    3.5.3 基因相对表达分析  35-40
      3.5.3.1 无氧呼吸代表酶基因Adh2  35-36
      3.5.3.2 糖代谢代表酶基因Rss1  36-37
      3.5.3.3 活性氧清除系统相关酶基因:Cu/Zn-SOD、APX、GO、CAT  37-40
4. 讨论  40-44
  4.1 基因相对表达分析  40-42
    4.1.1 无氧呼吸  40-41
    4.1.2 糖代谢  41
    4.1.3 活性氧清除系统  41-42
  4.2 Sub1位点与水稻耐淹性的关系  42
  4.3 研究意义与应用  42-44
    4.3.1 直播  42-43
    4.3.2 水稻耐淹鉴定  43-44
参考文献  44-49
致谢  49-50
附录  50-54

水稻IR64-Sub1的耐淹水特性及其基因表达与生理解析

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