胡杨和灰杨抗旱的生理与分子机制研究

《胡杨和灰杨抗旱的生理与分子机制研究》基于作者近10年对胡杨（Populus euphratica Oliv.）和灰杨（Populuspruinosa Schrenk）抗旱生理的研究工作，系统介绍了两个物种种子萌发阶段、幼苗阶段和成年植株阶段对干旱胁迫的生理响应，阐明两物种生活史不同时期的生理生态适应策略。通过对干旱胁迫条件下胡杨幼苗的表达谱分析，预测筛选其中13个表达模式与表达谱结果一致的抗旱候选基因，并对Pe866和Pe9078基因进行克隆和功能验证，揭示胡杨苗期抗旱的分子调控机制，对发掘利用抗旱相关基因有重要的理论指导和实践意义。

第1章 概述 1
1.1 分类地位 1
1.2 地理分布 1
1.2.1 胡杨地理分布 1
1.2.2 灰杨地理分布 3
1.3 形态学特性 4
1.3.1 胡杨形态学特性 4
1.3.2 灰杨形态学特性 4
1.4 繁殖特性 5
1.4.1 胡杨繁殖特性 5
1.4.2 灰杨繁殖特性 6
1.5 生长特性 7
1.6 生态学特性 8
1.6.1 胡杨生态学特性 8
1.6.2 灰杨生态学特性 10
1.7 胡杨、灰杨响应干旱胁迫的研究进展 11
1.7.1 胡杨、灰杨种子萌发对干旱胁迫的响应 11
1.7.2 胡杨、灰杨生理特性对干旱胁迫的响应 11
1.7.3 胡杨、灰杨抗旱的分子机制研究现状 14
参考文献 16
第2章 种子萌发对干旱胁迫的响应 22
2.1 材料与方法 23
2.2 种子萌发特性 24
2.3 温度和光照对胚生长的影响 28
2.4 干旱胁迫对种子萌发的影响 34
2.5 干旱胁迫对胚生长的影响 36
2.6 讨论 38
2.6.1 种子萌发对温度、光照变化的响应特征 38
2.6.2 种子萌发对干旱胁迫的响应 40
参考文献 40
第3章 幼龄植株对干旱胁迫的生理响应 43
3.1 材料与方法 44
3.1.1 一年生幼苗干旱胁迫试验 44
3.1.2 两年生幼树干旱胁迫试验 46
3.1.3 三年生幼树干旱胁迫试验 49
3.1.4 数据分析 49
3.2 幼苗对干旱胁迫的生理生化响应 49
3.2.1 干旱胁迫对幼苗超氧化物歧化酶活性的影响 49
3.2.2 干旱胁迫对幼苗过氧化物酶活性的影响 50
3.2.3 干旱胁迫对幼苗过氧化氢酶活性的影响 51
3.2.4 干旱胁迫对幼苗丙二醛含量的影响 51
3.2.5 干旱胁迫对幼苗叶绿素含量的影响 52
3.3 幼树对干旱胁迫的生理生化响应 53
3.3.1 干旱胁迫对幼树渗透调节物质的影响 53
3.3.2 干旱胁迫对幼树保护酶活性的影响 56
3.3.3 干旱胁迫对幼树丙二醛含量的影响 59
3.4 幼树对干旱胁迫的光合生理响应 60
3.4.1 干旱胁迫对幼树光合生理指标日变化的影响 60
3.4.2 干旱胁迫对幼树光系统II光化学效率的影响 70
3.4.3 幼树叶绿素荧光参数对干旱胁迫的响应 72
3.4.4 幼树瞬时光合参数对干旱胁迫的响应 75
3.4.5 干旱胁迫对幼苗光合作用-光响应特性的影响 78
3.5 讨论 84
3.5.1 胡杨幼苗对干旱胁迫的生理生化响应 84
3.5.2 胡杨、灰杨幼树抗逆性与其渗透调节物质和保护酶的关系 86
3.5.3 胡杨、灰杨幼树对干旱胁迫的光合生理响应 87
3.5.4 胡杨、灰杨幼树对干旱胁迫的叶绿素荧光特性响应 89
参考文献 90
第4章 成年植株对干旱胁迫的生理响应 94
4.1 材料与方法 95
4.1.1 研究区概况 95
4.1.2 试验设计与方法 95
4.1.3 数据统计分析 97
4.2 成年植株光合生理特性 98
4.2.1 净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及水分利用效率的种间比较 98
4.2.2 光合速率与蒸腾速率的日变化 98
4.2.3 光响应曲线的气体交换参数比较 99
4.2.4 光合速率的日变化与胞间CO2浓度及气孔的关系分析 100
4.2.5 光合速率、蒸腾速率对环境因子的响应 100
4.3 成年植株水分生理特性 102
4.3.1 成年植株P-V曲线的主要水分参数 102
4.3.2 幼树P-V曲线的主要水分参数 103
4.3.3 种间抗旱性比较 104
4.4 成年植株气体交换特性对地下水位变化的响应 105
4.4.1 不同地下水位条件下成年植株气体交换特性 105
4.4.2 不同地下水位条件下水势变化规律 107
4.5 成年植株叶绿素荧光特性对不同地下水位的响应 110
4.5.1 晴天叶绿素荧光特性的日变化 110
4.5.2 阴天叶绿素荧光特性的日变化 111
4.6 讨论 113
4.6.1 种间光合生理特性的比较 113
4.6.2 种间抗旱特性的比较 114
4.6.3 地下水位变化对胡杨、灰杨水势的影响 115
4.6.4 地下水位变化对胡杨、灰杨荧光特性的影响 116
参考文献 117
第5章 干旱胁迫下胡杨幼苗的转录组分析 120
5.1 材料与方法 120
5.1.1 幼苗期干旱胁迫处理 120
5.1.2 转录组测序的样品制备 121
5.1.3 数据的质量控制 121
5.2 研究结果 121
5.2.1 数据比对统计 121
5.2.2 测序饱和度分析 122
5.2.3 测序随机性分析 122
5.2.4 差异表达基因统计及GO分析与KEGG分析 122
5.2.5 抗旱候选基因的筛选 127
5.3 抗旱相关基因的表达模式分析及功能预测 131
5.3.1 RNA质量检测 131
5.3.2 抗旱相关基因的检测结果 131
5.3.3 抗旱相关基因编码蛋白质的功能预测 137
5.4 小结与讨论 141
5.4.1 胡杨幼苗干旱胁迫转录组分析 141
5.4.2 胡杨抗旱候选基因的表达模式分析及功能预测 143
参考文献 144
第6章 胡杨抗旱相关基因的克隆及功能验证 147
6.1 实验材料 148
6.1.1 植物材料 148
6.1.2 载体与菌株 148
6.1.3 试剂盒 148
6.2 研究方法 149
6.2.1 胡杨PeGRDL、PeDRP 和PeMTD基因的克隆 149
6.2.2 PCR 产物纯化 149
6.2.3 PCR 产物连接pEASY-Blunt载体 149
6.2.4 大肠杆菌转化 150
6.2.5 检测阳性克隆 150
6.2.6 质粒提取 150
6.2.7 胡杨PeGRDL、PeDRP和PeMTD基因的测序验证 151
6.2.8 PeGRDL、PeDRP和PeMTD基因-酵母pYES2/CT重组表达载体的构建 151
6.3 实验结果 155
6.3.1 胡杨PeGRDL基因的克隆及功能分析 155
6.3.2 胡杨PeDRP基因的克隆与功能分析 162
6.3.3 胡杨PeMTD基因的克隆与功能分析 167
6.4 讨论 175
参考文献 176