小麦花后干旱胁迫下乙烯和脱落酸对胚乳PCD调控机理研究.pdf

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1、分类号：密级：学号：2015201218单位代码：10759石河子大学硕士学位论文小麦花后干旱胁迫下乙烯和脱落酸对胚乳PCD调控机理研究学位申请人李超李春艳教授指导教师李诚副教授申请学位门类级别农学硕士学科、专业名称种子科学与技术研究方向种子生物学所在学院农学院中国·新疆·石河子2018年5月TheRegulationMechanismofEthyleneandAbscisicAcidonPCDinWheat(TriticumaestivumL.)EndospermunderDroughtStressPos

2、tAnthesisADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofAgricultureByLiChao(SeedScienceandTechnology)DissertationSupervisor:Prof.LiChun-yanAssociateProf.LiChengMay,2018中文摘要小麦胚乳发育伴随着胚乳细胞程序性死亡（ProgrammedCe

3、llDeath,PCD）的过程。胚乳发育易受外界环境条件影响，胚乳细胞发育状况较大程度上决定了小麦的籽粒产量和品质。新疆麦区籽粒灌浆期干旱频发，导致胚乳细胞发育不充分，灌浆期缩短，造成籽粒减产和品质降低。本研究选用新疆主栽冬小麦品种为研究材料，通过组织化学染色、透射电镜观察胚乳细胞结构、凝胶电泳检测、Real-timePCR检测PCD相关基因转录等技术研究小麦花后干旱胁迫下胚乳PCD特征变化，旨在揭示主要内源激素乙烯（Ethylene，ETH）和脱落酸（AbscisicAcid，ABA）对胚乳细胞PCD的调

4、控机理，从胚乳PCD角度阐明花后干旱胁迫对小麦籽粒发育的危害，为新疆小麦生产应对干旱胁迫提供理论依据。主要研究结果如下：（1）小麦花后干旱胁迫下胚乳PCD变化特征新冬18号和新冬22号花后干旱胁迫下胚乳PCD发生部位呈随机性，胚乳细胞核退化、变形程度均加快，线粒体开始出现中空化；最大胚乳细胞核数目分别下降了7.5%和12.7%；总DNA含量分别下降了25.3%和17.2%；DNA酶活性显著提高，峰值出现时间提前，胚乳细胞基因组DNA片段化程度加深，片段最大化出现时间提前。参试品种ACC和脱落酸含量均显著增加

5、，脱落酸合成关键酶基因（nced1、nced2、ao1、ao2）相对表达量均显著上调；脱落酸降解关键酶基因（ABA1）仅在灌浆后期有较高表达量；乙烯受体基因（ers1,ers2,etr1,etr2）相对表达量均显著下调；dad1基因相对表达量显著下降，bcl-2基因表达量显著上调。两个品种最大灌浆速率显著下降，成熟期新冬18号粒重下降8.1%，新冬22号粒重下降9.6%。（2）小麦花后干旱下ETH对胚乳PCD的调控小麦花后干旱胁迫下抑制ETH处理，胚乳细胞活力显著提高，胚乳细胞核变形、解体变慢；新冬18号和

6、新冬22号最大胚乳细胞核数目分别增加8.1%和6.6%；总DNA含量分别提高12.6%和12.5%；同时期DNA酶活性显著下降，DNA酶活性峰值推后，胚乳细胞基因组DNA片段化程度降低，片段最大化出现时间推后。参试品种ACC含量显著下降，脱落酸含量、脱落酸合成和降解关键酶基因表达量均无显著差异；乙烯受体基因表达量整体呈上调趋势；dad1基因显著上调表达，bcl-2基因显著下调表达。两个品种最大籽粒灌浆速率无显著提高，但持续时间较干旱对照延长，新冬18号粒重增加3.1%，新冬22号粒重增加2.1%。（3）小麦

7、花后干旱下ABA对胚乳PCD的调控小麦花后干旱胁迫下抑制ABA处理，胚乳细胞活力显著下降；胚乳细胞核变形、解体加快；新冬18号和新冬22号胚乳最大细胞核数目分别下降11.9%和5.2%；总DNA含量最大值分别下降7.9%和10.4%；同时期DNA酶活性显著上升，峰值出现时间提前，胚乳基因组DNA片段化程度增强，片段最大化出现时间提前。参试品种ACC含量显著提高；脱落酸含量、脱落酸合成和降解关键酶基因相对表达量、乙烯受体基因表达量均显著下降；Idad1基因相对表达量显著上升，bcl-2基因表达量显著下降。两个

8、品种籽粒最大灌浆速率和成熟期粒重均显著下降，新冬18号粒重下降2.9%，新冬22号粒重下降8.0%。综上所述，小麦胚乳PCD受花后干旱胁迫环境影响，外界干旱胁迫打破了内源性激素ETH和ABA的平衡，导致了ETH和ABA含量的急剧升高，同时削弱了ABA对ETH的拮抗作用，最终加速了胚乳PCD进程。胚乳PCD进程与籽粒灌浆速率和粒重密切相关，延长胚乳PCD进程可以起到增加粒重的作用。该研究结果可为小麦生产上采取人工干