發(fā)布時間：2017-12-22 07:06

  本文關(guān)鍵詞：黃瓜嫁接苗對低溫脅迫的生理響應(yīng)及分子機制研究　出處：《甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：黃瓜是我國北方保護地栽培的主要蔬菜作物之一,在設(shè)施栽培中,冬春季經(jīng)常會遇到連續(xù)陰冷天氣,容易受到低溫脅迫,嚴重影響了其產(chǎn)量和品質(zhì),而在生產(chǎn)上以黑籽南瓜苗為砧木進行嫁接是提高其抗冷性的有效措施。本研究以黑籽南瓜為砧木、‘優(yōu)博1-5’黃瓜為接穗,在人工氣候箱內(nèi)模擬冬春季設(shè)施內(nèi)常見的偏低溫(18/12℃)和臨界低溫(10/5℃)逆境,研究黃瓜自根苗和嫁接苗在內(nèi)源激素水平、抗氧化系統(tǒng)及光合作用等方面響應(yīng)低溫的機理,并進一步從轉(zhuǎn)錄水平闡述嫁接提高黃瓜低溫耐性的分子機制。主要研究結(jié)果如下:1.低溫脅迫后黃瓜自根苗和嫁接苗的干物質(zhì)積累減少,但嫁接苗的地上部、地下部及全株干物質(zhì)量顯著高于自根苗,說明嫁接可減輕低溫脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制作用。低溫脅迫后,黃瓜葉片中的內(nèi)源激素含量及各激素間的比值發(fā)生了變化,嫁接苗的脫落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素(ZR)的含量顯著高于自根苗,而赤霉素(GA3)含量低于自根苗;低溫脅迫下嫁接苗的ABA/GA3值始終高于自根苗,而ABA/ZR和ABA/IAA的值低于自根苗。2.隨低溫處理時間延長和脅迫程度的增加,黃瓜自根苗和嫁接苗葉片中超氧陰離子(O2·-)、過氧化氫(H2O2)大量積累、膜脂過氧化程度加劇,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量明顯升高,SOD、POD和CAT活性及其基因表達量顯著增加;但是嫁接苗受氧化損傷的程度明顯小于自根苗,其原因可能是因為嫁接苗能夠在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控相關(guān)抗氧化酶活性進一步升高,并誘導(dǎo)了大量滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累,從而可以清除過多的活性氧。3.不同程度的低溫導(dǎo)致黃瓜幼苗光合作用受抑的原因是不一樣的,偏低溫導(dǎo)致黃瓜自根苗Pn降低的原因主要是氣孔因素,由于氣孔限制導(dǎo)致其CO2供應(yīng)受阻,所以碳同化關(guān)鍵酶如核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酯酶(SBPase)、果糖-1,6-二磷酸醛縮酶(FBA)和轉(zhuǎn)酮醇酶(TK)在轉(zhuǎn)錄水平主動下調(diào)進而調(diào)控其活性下降以適應(yīng)同化力的減少;臨界低溫下黃瓜自根苗Pn下降則主要是由葉肉細胞同化能力降低等非氣孔因素所致。低溫下,嫁接苗通過提高葉綠素的相對含量、氣孔開張度、碳同化關(guān)鍵酶活性和基因表達,進而維持了較高的光合能力。4.偏低溫脅迫下,黃瓜幼苗葉片PSⅡ反應(yīng)中心供體側(cè)及受體測電子傳遞受影響較小;單位面積有活性反應(yīng)中心的數(shù)量(RC/CSo)和以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)(PIABS)在處理期間有所下降,但逆境解除后能迅速恢復(fù),說明PSⅡ的功能沒有受到傷害;為了響應(yīng)碳同化能力的下降,黃瓜葉片單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)、捕獲的用于還原QA的能量(TRo/RC)及用于電子傳遞的能量(ETo/RC)都顯著下降,同時還增加了熱耗散(TRo/RC)以降低過多的激發(fā)能對光合機構(gòu)的傷害。臨界低溫對黃瓜葉片光合機構(gòu)的功能造成了不可逆的傷害,其有效利用光能的能力明顯下降,首先是PSⅡ供體側(cè)失活,供體側(cè)電子傳遞受抑;同時由于PSⅡ結(jié)構(gòu)的變化進而造成供體側(cè)庫容減小,受體測電子傳遞也明顯受阻。低溫脅迫下,嫁接苗PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度明顯高于自根苗,并且保證了電子傳遞鏈的相對穩(wěn)定,因此其對光能的利用率較高。5.本研究利用高通量測序技術(shù)對臨界低溫下和常溫條件下的嫁接苗與自根苗的m RNA進行測序,獲得常溫條件下自根苗與嫁接苗的表達譜CO與CG,以及臨界低溫下自根苗與嫁接苗的表達譜LO與LG。結(jié)果表明,在4個表達譜中CG vs CO共有1893個DEGs,包含949個上調(diào)基因和944個下調(diào)基因;CG v LO有5117個DEGs,包含上調(diào)基因2611個和下調(diào)基因2506個;LG vs CG有1724個DEGs,包含上調(diào)基因962個和下調(diào)基因762個;LG vs CO有3119個DEGs,包含上調(diào)基因1504個和下調(diào)基因1615個;LG vs LO有2737個DEGs,包含上調(diào)基因1511個和下調(diào)基因1266個;LO vs CO有4786個DEGs,包含上調(diào)基因2246個和下調(diào)基因2540個。6.對4個文庫進行了GO與KEGG的富集,結(jié)果表明在LO、CO、LG和CG中存在明顯差異的基因與光合作用相關(guān)的有46個、與碳同化酶相關(guān)的基因有78個;在激素信號途徑中,IAA、JA、GA、ETH和SA參與的信號途徑比較活躍,分別有47、45、26、49和32個基因。7.該研究中4個文庫中共鑒定出轉(zhuǎn)錄因子的基因家族涉及69個之多,每個家族的基因個數(shù)在1-54之間不等,如AP2-EREBP轉(zhuǎn)錄因子基因家族的個數(shù)為54個;MYB轉(zhuǎn)錄因子基因家族為46個;HB轉(zhuǎn)錄因子基因家族為45個;b HLH轉(zhuǎn)錄因子基因家族為42個;b ZIP轉(zhuǎn)錄因子基因家族為24個;AUX/IAA轉(zhuǎn)錄因子基因家族為20個。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S642.2

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