论文部分内容阅读
盐胁迫是全球普遍存在的农业生产问题，严重影响作物产量和品质。培育和种植具有较强盐耐性的作物品种，是有效利用盐碱地的重要途径之一。不同作物对盐胁迫的响应具有显著差异，一些作物具有主动的响应机制，能够提高作物对盐胁迫的适应性，而另外一些作物的生长则会受到极大的抑制。小麦和大麦是全球重要的粮食作物，小麦是禾谷类粮食作物中对盐胁迫最敏感的作物之一，而大麦的耐盐性常优于其它禾谷类作物。本研究以前期鉴定到的盐耐小麦品种Suntop和盐敏感品种Sunmate，及国际公认耐盐大麦品种CM72为材料，在生理、生化和分子水平上研究耐盐性的品种间与种间的差异。主要研究结果如下：
1.盐胁迫对小麦生长、活性氧代谢、超微结构及生理特性影响的品种间差异及其与大麦耐盐性的比较
以耐盐小麦品种Suntop、敏感品种Sunmate及耐盐大麦品种CM72为材料，温室水培试验，分析相关生理生化、解部结构和形态特征，研究其响应盐胁迫的品种间与种间差异。结果表明，与盐敏感小麦品种Sunmate相比，Suntop表现出较强盐耐性，其耐性接近CM72。与CM72类似，在盐胁迫下，Suntop在植株生长、叶绿素含量、净光合速率和生物量的受抑制程度及MDA积累量，均显著小于Sunmate；根和叶片中SOD、POD、CAT、APX和GR活性具有显著的品种与种间差异，CM72和Suntop均具有较高的酶活性。盐胁迫导致小麦和大麦叶片和根尖细胞超微结构发生明显变化，其中以Sunmate变化最为明显。此外，盐胁迫显著提高Na+含量及Na+/K+比，而降低K+含量，以Sunmate最为明显，其次为Suntop和CM72。
2.盐胁迫对小麦次生代谢影响的品种间差异及其与大麦的比较
研究了盐胁迫下，谷胱甘肽、次级代谢物及Na+转运、防御和解毒相关基因在品种及种间差异。结果表明，Suntop和CM72受盐胁迫的抑制程度显著低于Sunmate，表现为Suntop和CM72具有较低的电解质渗透率和活性氧积累，及较高的叶片相对含水量、PAL（苯丙氨酸氨解酶）、CAD（肉桂醇脱氢酶）、PPO（多酚氧化酶）活性）和SKDH（shikimate脱氢酶）活性及其mRNA表达丰度；Na+转运蛋白、外排及液泡区室化相关基因在CM72和Suntop中显著上调，而在Sunmate中下调；转录因子WRKY10在Suntop中显著上调表达，而在Sunmate和CM72中下调表达。同时，盐胁迫下，CM72和Sunmate具有较高的氧化型谷胱甘肽含量，而Suntop叶片和根中还原型谷胱甘肽及GSH/GSSG比显著增高。结果表明，与大麦CM72的耐盐性不同，谷胱甘肽的动态平衡及TaWRKY10的上调表达在小麦Suntop的耐盐性中发挥重要作用。
3.盐胁迫对小麦miRNA表达谱的影响及品种间差异
采用高通量测序技术研究了盐胁迫对小麦Suntop和Sunmate两品种根中miRNA表达谱的影响。两个品种中共鉴定到190个差异表达microRNA，包括109个已知miRNA和81个新miRNA，其中有181个miRNA为两品种共有。已知的miRNA属于35个家族，包括24个保守和11个特有家族组成。盐胁迫在Suntop和Sunmate中分别诱导了43和75个miRNA，其中，已知和novel的miRNA分别是14和29（Suntop）及37和38（Sunmate）。进一步比较分析盐胁迫下miRNA表达谱的品种间差异，鉴定到与Suntop耐盐性相关46个miRNA、52新miRNA），主要包括tae-miR156，tae-miR160，tae-miR171a-b，tae-miR319，tae-miR159a-b，tae-miR9657和novel_mir59分别作用于auxin TF，SPL，SCL，SCL6，PCF5，R2R3MYB和CBL-CIPK，以上miRNA及靶基因可能在Suntop的耐盐性中发挥重要作用。
1.盐胁迫对小麦生长、活性氧代谢、超微结构及生理特性影响的品种间差异及其与大麦耐盐性的比较
以耐盐小麦品种Suntop、敏感品种Sunmate及耐盐大麦品种CM72为材料，温室水培试验，分析相关生理生化、解部结构和形态特征，研究其响应盐胁迫的品种间与种间差异。结果表明，与盐敏感小麦品种Sunmate相比，Suntop表现出较强盐耐性，其耐性接近CM72。与CM72类似，在盐胁迫下，Suntop在植株生长、叶绿素含量、净光合速率和生物量的受抑制程度及MDA积累量，均显著小于Sunmate；根和叶片中SOD、POD、CAT、APX和GR活性具有显著的品种与种间差异，CM72和Suntop均具有较高的酶活性。盐胁迫导致小麦和大麦叶片和根尖细胞超微结构发生明显变化，其中以Sunmate变化最为明显。此外，盐胁迫显著提高Na+含量及Na+/K+比，而降低K+含量，以Sunmate最为明显，其次为Suntop和CM72。
2.盐胁迫对小麦次生代谢影响的品种间差异及其与大麦的比较
研究了盐胁迫下，谷胱甘肽、次级代谢物及Na+转运、防御和解毒相关基因在品种及种间差异。结果表明，Suntop和CM72受盐胁迫的抑制程度显著低于Sunmate，表现为Suntop和CM72具有较低的电解质渗透率和活性氧积累，及较高的叶片相对含水量、PAL（苯丙氨酸氨解酶）、CAD（肉桂醇脱氢酶）、PPO（多酚氧化酶）活性）和SKDH（shikimate脱氢酶）活性及其mRNA表达丰度；Na+转运蛋白、外排及液泡区室化相关基因在CM72和Suntop中显著上调，而在Sunmate中下调；转录因子WRKY10在Suntop中显著上调表达，而在Sunmate和CM72中下调表达。同时，盐胁迫下，CM72和Sunmate具有较高的氧化型谷胱甘肽含量，而Suntop叶片和根中还原型谷胱甘肽及GSH/GSSG比显著增高。结果表明，与大麦CM72的耐盐性不同，谷胱甘肽的动态平衡及TaWRKY10的上调表达在小麦Suntop的耐盐性中发挥重要作用。
3.盐胁迫对小麦miRNA表达谱的影响及品种间差异
采用高通量测序技术研究了盐胁迫对小麦Suntop和Sunmate两品种根中miRNA表达谱的影响。两个品种中共鉴定到190个差异表达microRNA，包括109个已知miRNA和81个新miRNA，其中有181个miRNA为两品种共有。已知的miRNA属于35个家族，包括24个保守和11个特有家族组成。盐胁迫在Suntop和Sunmate中分别诱导了43和75个miRNA，其中，已知和novel的miRNA分别是14和29（Suntop）及37和38（Sunmate）。进一步比较分析盐胁迫下miRNA表达谱的品种间差异，鉴定到与Suntop耐盐性相关46个miRNA、52新miRNA），主要包括tae-miR156，tae-miR160，tae-miR171a-b，tae-miR319，tae-miR159a-b，tae-miR9657和novel_mir59分别作用于auxin TF，SPL，SCL，SCL6，PCF5，R2R3MYB和CBL-CIPK，以上miRNA及靶基因可能在Suntop的耐盐性中发挥重要作用。