利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法技术

本发明专利技术提供一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，以两个植株以及它们的相互嫁接体为分析材料，在干旱条件下，每隔预设规定时间测量土壤水分含量和蒸渗单元重量，计算瞬时蒸腾速率，以日最大蒸腾速率为纵坐标，以对应的土壤含水量为横坐标，分别绘制4个材料的日最大蒸腾速率随土壤含水量变化的散点图，通过非线性曲线拟合方法进行分段式拟合蒸腾速率变化曲线，其拐点对应的土壤含水量为植株气孔关闭时所对应的土壤水分临界值，比较4个材料的土壤水分临界值，来判断植物气孔关闭与根部基因型关系。本发明专利技术能够定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系，有利于根据不同植物的特点，有针对性的开展抗旱性精准调控和改良。

【技术实现步骤摘要】
利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法
本专利技术涉及植物生物技术
，特别涉及植物气孔关闭与根部基因型关系
，具体是指一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法。
技术介绍
全球日益加剧的土壤干旱已对农业生产造成了巨大威胁。根和叶分别是植物地下部和地上部的主要器官，植物通过根吸收水分和矿质元素，通过叶的气孔蒸腾产生地上部-地下部水势差，维持根系吸收水分的动力；气孔同时是CO2进入植物体的通道。根和地上部相互影响，共同调节植物在不同土壤水分条件下的生理功能。然而，研究发现不同植物以及同一植物的不同品种在水分调节机制上有不同的特征。总体上，第一类植物的气孔对土壤含水量变化的敏感性强，在土壤干旱胁迫下迅速关闭以防止失水，从而有助于降低死亡风险；但是这类植物由于气孔关闭早，造成CO2同化率也早早降低，其产量的下降较为显著。第二类植物的气孔对土壤含水量变化的敏感性较弱，表现为在干旱条件下仍保持相对较高的气孔导度，因此保持了较高的CO2同化率，从而能够积累更多的生物量(TardieuF，SimonneauT.Variabilityamongspeciesofstomatalcontrolunderfluctuatingsoilwaterstatusandevaporativedemand：Modellingisohydricandanisohydricbehaviours.JExpBot(1998)49：419-432；Aharon，R.，Shahak，Y.，Wininger，S.，Bendov，R.，Kapulnik，Y.，andGalili，G.(2003).Overexpressionofaplasmamembraneaquaporinintransgenictobaccoimprovesplantvigorunderfavorablegrowthconditionsbutnotunderdroughtorsaltstress.PlantCell15，439-447.doi：10.1105/tpc.009225；UehleinN，LovisoloC，SiefritzF，KaldenhoffR.(2003)ThetobaccoaquaporinNtAQP1isamembraneCO2porewithphysiologicalfunctions.Nature425：734-7)；然而这一类植物如果遇到长期、持续干旱，容易因过量蒸腾而死亡(Sade，N.，Gebretsadik，M.，Seligmann，R.，Schwartz，A.，Wallach，R.，andMoshelion，M.(2010).Theroleoftobaccoaquaporin1inimprovingwater-useefficiency，hydraulicconductivityandyieldproductionundersaltstresses.PlantPhysiol.152，1-10.doi：10.1104/pp.109.145854)。因此，从产量与抗性平衡的角度来看，气孔敏感性强的作物在严重干旱地区栽种存活率更高、更为适宜，而气孔敏感性弱的作物在土壤中低强度干旱的地区栽种更为适宜，产量更高。根是植物感知土壤干旱最直接的器官。最新的研究表明，在土壤干旱条件下由根部合成的小肽可以长距离转移到植物叶片中，诱导ABA的合成从而引起气孔关闭反应，这表明了来自植物根的干旱胁迫信号对气孔的调控作用(Takahashi，F.，Suzuki，T.，Osakabe，Y.，Betsuyaku，S.，Kondo，Y.，Dohmae，N.，Fukuda，H.，Yamagu-chi-Shinozaki，K.，andShinozaki，K.(2018).Asmallpeptidemodulatesstomatalcontrolviaabscisicacidinlong-distancesignalling.Nature556，235-238)。但是，目前对土壤干旱-根信号-气孔关闭这三者间关系的研究采用的都是定性或者半定量方法，对于土壤失水过程中气孔的关闭是否仅依赖于根部传递的信号，目前还无妨判别。然而，这一问题却在生产中具有重要价值，因为如果能够明确气孔对干旱响应的敏感度单纯由根基因型决定，在农业生产中就可以选择性地对植物根部施用调节剂来调控气孔，从而平衡植物生长与抗旱性；反之，就需要考虑根与地上部的互作，并采取更加复杂的调控策略。嫁接是一种古老的生物技术，它通过把植物地上部(称做接穗)的枝或芽嫁接到地下部(称做砧木)的茎或根上，使两部分融合长成一个完整的异源复合植株。嫁接是研究植物地上部-地下部关系的重要手段，已在植物信号转导、长距离核酸和蛋白质转移研究等方面发挥了重要作用。蒸渗系统(Lysimeters)(图1，蒸渗系统及基于蒸渗系统建立的阵列式植物水分生理分析系统原理示意图可进一步参见PlantDi-tech，Israel，www.plant-ditech.com)是一种研究植物水分平衡的重要工具，它的特点是能够量化测量裸地或有植被土地的实际水分蒸散量。目前基于蒸渗系统的原理已发展出高通量的阵列式植物水分生理蒸渗分析系统，可以实时测量数百个蒸渗单元培养容器内的土壤水分含量以及培养容器重量，并根据相关求导公式计算得到实时蒸腾速率。因此，基于以上技术和手段，希望提供一种定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，其能够定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系，有利于在现代农业生产中根据不同植物的特点，有针对性的开展抗旱性精准调控和改良。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺点，本专利技术的一个目的在于提供一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，其能够定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系，有利于在现代农业生产中根据不同植物的特点，有针对性的开展抗旱性精准调控和改良，适于大规模推广应用。本专利技术的另一目的在于提供一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，其设计巧妙，操作简单方便快捷，成本低，适于大规模推广应用。为达到以上目的，本专利技术提供一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，其特点是，包括以下步骤：(1)将土壤平均装载于4个培养盆中，将4个所述培养盆中的所述土壤的表面均覆盖塑料薄膜，将第一植株和第二植株相互嫁接形成第三植株和第四植株，所述第三植株为所述第一植株接穗-所述第二植株砧木，所述第四植株为所述第一植株砧木-所述第二植株接穗，将另外的所述第一植株、另外的所述第二植株、所述第三植株和所述第四植株分别栽种于4个所述培养盆中的所述土壤中分别形成4个蒸渗单元；(2)先给予4个所述蒸渗单元充足等量浇水，然后停止浇水，对于每个所述蒸渗单元，每隔预设规定时间测量土壤水分含量和蒸渗单元重量，计算瞬时蒸腾速率Trt：其中W为蒸渗单元重量，Trt是t时刻的蒸腾速率，即蒸渗单元重量在t时刻的导数Wt和Wt+Δt分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将土壤平均装载于4个培养盆中，将4个所述培养盆中的所述土壤的表面均覆盖塑料薄膜，将第一植株和第二植株相互嫁接形成第三植株和第四植株，所述第三植株为所述第一植株接穗-所述第二植株砧木，所述第四植株为所述第一植株砧木-所述第二植株接穗，将另外的所述第一植株、另外的所述第二植株、所述第三植株和所述第四植株分别栽种于4个所述培养盆中的所述土壤中分别形成4个蒸渗单元；/n(2)先给予4个所述蒸渗单元充足等量浇水，然后停止浇水，对于每个所述蒸渗单元，每隔预设规定时间测量土壤水分含量和蒸渗单元重量，计算瞬时蒸腾速率Tr

【技术特征摘要】
1.一种利用相互嫁接体定量分析植物气孔关闭与根部基因型关系的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将土壤平均装载于4个培养盆中，将4个所述培养盆中的所述土壤的表面均覆盖塑料薄膜，将第一植株和第二植株相互嫁接形成第三植株和第四植株，所述第三植株为所述第一植株接穗-所述第二植株砧木，所述第四植株为所述第一植株砧木-所述第二植株接穗，将另外的所述第一植株、另外的所述第二植株、所述第三植株和所述第四植株分别栽种于4个所述培养盆中的所述土壤中分别形成4个蒸渗单元；
(2)先给予4个所述蒸渗单元充足等量浇水，然后停止浇水，对于每个所述蒸渗单元，每隔预设规定时间测量土壤水分含量和蒸渗单元重量，计算瞬时蒸腾速率Trt：



其中W为蒸渗单元重量，Trt是t时刻的蒸腾速率，即蒸渗单元重量在t时刻的导数Wt和Wt+Δt分别是t时刻和t+Δt时刻的蒸渗单元重量，Δt为预设规定时间；
(3)以日最大蒸腾速率为纵坐标，以所述日最大蒸腾速率对应的所述土壤含水量为横坐标，分别绘制4个所述蒸渗单元的所述日最大蒸腾速率随所述土壤含水量变化的散点图，通过非线性曲线拟合方法进行分段式拟合分别获得4个所述蒸渗单元的蒸腾速率变化曲线，所述蒸腾速率变化曲线的拐点对应的土壤含水量为对应的所述蒸渗单元的植株气孔关闭时所对应的土壤水分临界值；
(4)比较该另外的所述第一植株的所述土壤水分临界值、该另外的所述第二植株的所述土壤水分临界值、所述第三植株的所述土壤水分临界值和所述第四植株的所述土壤水分临界值：如果该另外的所述第一植株的所述土壤水分临界值与所述第四植株的所述土壤水分临界值无显著性差异，说明在土壤干旱条件下所述第一植株的气孔关闭只依赖于所述第一植株的根部传递的胁迫信号；如果该另外的所述第二植株的所述土壤水分临界值与所述第三植株的所述土壤水分临界值无显著性差异，说明在土壤干旱条件下所述第二植株的气孔关闭只依赖于所述第二植株的根部传递的胁迫信号；如果该另外的所述第一植株的所述土壤水分临界值与所述第三植株的所述土壤水分临界值无显著性差异，说明在土壤干旱条件下所述第一植株的气孔关闭只依赖于所述第一植株的地上部；如果该另外的所述第二植株的所述土壤水分临界值与所述第四植株的所述土壤水分临界值无显著性差异，说明在土壤干旱条件下所述第二植株的气孔关闭只依赖于所述第二植株的地上部；否则在土壤干旱条件下所述第一植株的气孔关闭依赖于所述第一植株的根和地上部的相互作用和共同调控，所述第二植株的气孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐沛，孙挺，许文钊，方萍萍，王永刚，孙玉东，
申请(专利权)人：中国计量大学，江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33