小麥幼苗水分利用效率生理差異與相關(guān)基因的cDNA-AFLP分析.pdf

1、水分虧缺是糧食生產(chǎn)的主要限制因素之一。小麥是主要糧食作物，其抗旱節(jié)水性受到國內(nèi)外的高度重視。研究認為，培育高水分利用效率的作物對于節(jié)水和產(chǎn)量提高皆為有效的策略。作物的水分利用效率(WUE)是受多基因控制的數(shù)量性狀，同時受到多種外界環(huán)境因素的影響，因此要選擇最適的WUE控制性狀以及生理基礎(chǔ)相對較難。盡管如此，作物的WUE因其將水分和產(chǎn)量相結(jié)合這一優(yōu)勢，目前仍然作為抗旱篩選的首選指標之一。但是，不同種植條件、不同作物品種間高WUE的機制并非

2、一致，影響WUE的主因子也不盡相同。因此，對WUE生理機理的研究尤為重要。近年來的研究表明，作物的WUE是可遺傳的性狀，通過QTL在小麥上也找到了控制高WUE的位點。同時，通過導(dǎo)入控制高光合或低蒸騰的基因，實現(xiàn)了小麥的高WUE。目前能夠克隆到的控制高WUE的基因相對很少，可以用于轉(zhuǎn)基因的有效基因就更加缺乏。為此，本研究以旱地小麥西峰20、水地小麥石4185和水旱兼用旱優(yōu)118三個品種為試材，首先對滲透脅迫條件下影響小麥苗期WUE的生理基

3、礎(chǔ)差異進行了比較研究，同時采用cDNA-AFLP技術(shù)，對滲透脅迫誘導(dǎo)差異表達基因進行了分離和克隆。實驗結(jié)果如下：不同水旱地小麥品種葉片和單株的水分利用效率不同。首先表現(xiàn)在：正常條件下，水地品種4185的光合速率高于旱地品種西峰20，而蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度低于旱地品種，因而正常條件下水分利用效率較高；隨著滲透脅迫處理，水地品種4185和水旱兼用小麥旱優(yōu)118的光合速率降低幅度大于旱地品種西峰20，因而葉片水分利用效率隨脅迫處理呈顯著降低趨勢

4、；而旱地品種西峰20葉片水分利用效率隨脅迫處理不但不降低，反而稍有升高；其次：不同品種葉片離體失水速率不同，脅迫前期旱地小麥失水大于水地和水旱兼用品種；同時：正常條件下，不同品種葉片和根系滲透勢不同，滲透脅迫后都隨表現(xiàn)出上升的趨勢，但不同品種之間變化規(guī)律不一致。 不同水分利用效率的品種，其抗旱方式存在著差異：正常澆水條件下，水地品種因其較高的水分利用效率而高產(chǎn)，而旱地小麥靠較大的蒸騰拉力吸收有限水分；在遭受干旱脅迫后，水地品種最

5、大限度地關(guān)閉氣孔減小蒸騰，而旱地品種仍然通過較大的蒸騰拉力吸收水分以維持生命。相比較而言，水地品種具有較強的抗旱性，而旱地品種耐旱性更強。從生理性狀的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，水旱兼用小麥旱優(yōu)118更類似于水地小麥4185。 采用cDNA-AFLP(cDNA-amplifiedfragmentlengthpolymorphism)技術(shù)，分析了滲透脅迫后不同時間間隔內(nèi)小麥葉片基因表達的差異，并對相關(guān)基因進行了分離和克隆。結(jié)果表明，不同品種不同

6、脅迫時期基因表達明顯不同。通過180對引物共擴增出453條差異帶，選取其中12個差異條帶，經(jīng)Northernblotting扣除假陽性后，對片段進行序列測定。經(jīng)Internet進行Blast比較和功能查詢發(fā)現(xiàn)，其中7個基因片段與巳知基因具有較高的同源性，其中包括與水稻染色體11上參與抗病反應(yīng)的轉(zhuǎn)座子相關(guān)蛋白、與水解酶有關(guān)的蛋白以及與α、β-淀粉酶有關(guān)的蛋白等，這些基因不同程度地參與了植物體內(nèi)生長發(fā)育、代謝調(diào)節(jié)及逆境脅迫過程，屬于廣譜性的