盐碱胁迫下野大麦氮吸收效率分析及其对近缘作物的改良

作     者：高姗姗 

作者单位：河北北方学院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘贵河;李瑞芬

授予年度：2023年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：盐碱地改良 野大麦 氮吸收 NRT2 转基因 近缘物种改良 

摘      要：近年来我国盐碱地面积不断增长,总面积达9913万hm。土壤中盐碱浓度过高会导致植物离子毒害、渗透胁迫等问题。氮素作为植物生长的限制性元素,其代谢机制受植物自身调节能力和外界胁迫的影响,而土壤盐碱化会限制作物的氮吸收从而造成作物产量降低。本文以耐盐碱材料野大麦为研究对象,通过350 m M Na Cl,350 m M Na HCO的高浓度盐碱胁迫处理野大麦,研究其对盐碱的耐受程度;通过N同位素示踪技术研究盐碱胁迫对野大麦氮吸收的影响;利用生物信息学手段鉴定出与氮吸收相关的野大麦NRT2基因资源,并通过遗传转化方法改良近缘作物栽培大麦,探究野大麦优异基因资源对大麦盐碱胁迫下对氮吸收的影响;通过杂交育种获得野大麦近缘种与小麦的杂交品种小大麦（T621）,并测定小大麦盐碱胁迫下各项生理指标。得到主要结果如下:1、通过盐碱池栽培试验发现野大麦相比于布顿大麦草以及栽培大麦的存活率更高;通过盆栽试验发现野大麦能够耐受350 m M的高浓度盐碱胁迫,且能够在盐碱胁迫下保持正常的生长发育;在150 m M Na Cl和50 m M Na HCO盐碱胁迫浓度下野大麦表现出比大麦更高的硝态氮吸收效率。2、通过多组学联合分析挖掘野大麦盐碱胁迫下高效氮吸收基因资源,发现野大麦参与氮吸收相关的硝酸转运蛋白NRT2基因家族成员相比于大麦、小麦等近缘物种有明显扩张。其中一簇扩张的NRT2基因受盐碱胁迫显著诱导表达。3、利用挖掘到的野大麦优异基因资源改良栽培大麦,获得的大麦新种质在盐碱胁迫下能够维持地上部、地下部硝态氮含量;在相同盐碱胁迫浓度下,大麦新种质的硝酸还原酶活性降低率显著低于普通栽培大麦,促进了硝态氮向铵态氮转化的氮同化过程。4、野大麦近缘物种与小麦的杂交种小大麦在盐碱胁迫下生物量无显著性下降;渗透调节物质增长倍数显著高于小麦族其他物种;除此之外小大麦在盐碱胁迫下能够维持地上部和地下部硝态氮含量。综上所述,野大麦相比于近缘物种大麦和小麦有更好的盐碱耐受能力并能在盐碱胁迫下保持高效氮吸收效率;利用野大麦及近缘物种优良基因资源改良的大麦、小麦在盐碱胁迫下能够保持生物量无显著性差异且地上部、地下部的硝态氮含量无显著性降低。本文研究发现,利用野大麦耐盐碱优良性状可以有效改善近缘作物在盐碱胁迫下的氮吸收从而创制高效氮吸收新种质,进而实现对盐碱地的有效利用。