本文關(guān)鍵詞：唐古特白刺懸浮細(xì)胞體系的構(gòu)建及耐鹽代謝機(jī)制研究

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【摘要】：唐古特白刺(Nitraria tangutorum Bobr.)屬蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺屬(Nitraria L.)灌木,是我國特有白刺種之一,是典型的稀鹽型鹽生植物,具有較強(qiáng)的耐鹽和抗旱能力,是荒漠、半荒漠和鹽漬化土地上的重要建群種或優(yōu)勢種。因此,研究其耐鹽代謝機(jī)理對培育耐鹽新品種及發(fā)現(xiàn)耐鹽新途徑具有重要意義。本研究以唐古特白刺為材料,構(gòu)建了穩(wěn)定、快速生長的懸浮細(xì)胞體系,研究了其生長特性,進(jìn)而研究了鹽脅迫下細(xì)胞的生長速度、滲透調(diào)節(jié)物、膜損傷程度及抗氧化酶活性的變化情況;再利用代謝組學(xué)方法研究了不同鹽濃度脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞代謝譜的差異,篩選出細(xì)胞耐鹽標(biāo)志性代謝物,并分析了代謝物對鹽脅迫的響應(yīng),通過構(gòu)建細(xì)胞在鹽脅迫下的主要代謝途徑,分析了代謝物之間的代謝關(guān)聯(lián)性,探索了唐古特白刺細(xì)胞適應(yīng)鹽脅迫的重要生理代謝調(diào)控機(jī)制。主要結(jié)果歸納如下:1.唐古特白刺的莖段誘導(dǎo)出愈傷組織的能力高于葉片。篩選出誘導(dǎo)愈傷組織和懸浮細(xì)胞繼代培養(yǎng)的最佳激素配比為2,4-D 1.5 mg?L-1、NAA 0.2 mg?L-1、6-BA 0.4 mg?L-1。細(xì)胞懸浮培養(yǎng)最佳接種方式為7.5 m L母液于含有30 m L MS液體培養(yǎng)基的100 m L錐形瓶中,搖床上黑暗培養(yǎng),轉(zhuǎn)速120 r?min-1,溫度26~28℃,繼代培養(yǎng)最佳時間為接種后的第9 d。在繼代培養(yǎng)的第3 d,細(xì)胞活力達(dá)到最高值,吸光度為0.69,細(xì)胞代謝最為旺盛;第7 d細(xì)胞分裂指數(shù)達(dá)到最高值,為5.1%,即分裂比較旺盛。細(xì)胞的存活率在細(xì)胞生長延遲期和穩(wěn)定期較對數(shù)期下降略快,但均保持在84%-93%之間。2.鹽脅迫對唐古特白刺懸浮細(xì)胞的生長影響明顯。低鹽濃度(100 mmol?L-1)促進(jìn)細(xì)胞生長,細(xì)胞最快達(dá)到快速生長中期,能達(dá)到的生長極限值最大,為0.9379 mg?m L-1;高鹽濃度(≥150 mmol?L-1)抑制細(xì)胞生長,達(dá)到快速生長中期時間延后,生長極限值降低。從細(xì)胞生長的臨界濃度(C50)可知,唐古特白刺懸浮細(xì)胞耐鹽閾值高達(dá)227 mmol?L-1,表明其具有較強(qiáng)的耐鹽能力。3.鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞可通過改變滲透調(diào)節(jié)物的含量和抗氧化酶的活性來適應(yīng)鹽環(huán)境。在低鹽濃度下(100 mmol?L-1),可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸3種滲透調(diào)節(jié)物含量增加,隨培養(yǎng)時間的延長呈增加趨勢,而在高鹽濃度下(≥150 mmol?L-1),隨培養(yǎng)時間的延長呈先增加后降低的趨勢,且濃度越高達(dá)到最高值的時間越早,而可溶性糖表現(xiàn)更為突出。在100 mmol?L-1鹽處理下,MDA含量隨培養(yǎng)時間延長呈上升趨勢,而在150、200、250 mmol?L-1的鹽處理組中MDA含量隨培養(yǎng)時間延長呈先迅速增長而后趨于平衡的趨勢。與此同時,SOD和POD的活性和MDA含量變化基本一致,即抗氧化酶修復(fù)速度和細(xì)胞膜氧化速度變化一致。SOD活性到達(dá)最高值的時間較POD更早,是抗氧化調(diào)節(jié)的第一道防線。從各生理指標(biāo)的相關(guān)性分析中可知,細(xì)胞鮮質(zhì)量與可溶性糖和MDA的含量分別呈極顯著(P0.01)和顯著(P0.05)負(fù)相關(guān),MDA含量和SOD、POD活性呈極顯著正相關(guān)(P0.01),可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量間呈極顯著正相關(guān)(P0.01),滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和酶類活性之間呈極顯著正相關(guān)(P0.01)。表明唐古特白刺懸浮細(xì)胞通過增加可溶性糖來緩減滲透脅迫,以提高抗氧化酶活性來清除超氧自由基保護(hù)膜脂,且滲透調(diào)節(jié)和抗氧化調(diào)節(jié)同時進(jìn)行并相互關(guān)聯(lián)。4.分析了鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞的代謝譜變化。利用GC-TOF/MS從鹽脅迫處理下的唐古特白刺懸浮細(xì)胞水相和有機(jī)相代謝物提取液中分別檢測到373和629個物質(zhì)峰,通過PLS-DA模型建立、統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)庫檢索,最終篩選并鑒定出25種具有潛在耐鹽標(biāo)志性的代謝物,即:果糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖等糖類,脯氨酸、丙氨酸、纈氨酸等氨基酸,蘋果酸、琥珀酸、草酸、苯甲酸、苯二甲酸、丁酸、壬二酸、丁二胺、乙酰胺、已二胺等有機(jī)酸和胺類,十八碳烯酸、十八烷酸、十六烷酸、亞麻酸、二十碳烷、十二烷等脂肪酸,以及植物甾醇谷甾醇。5.在分析唐古特白刺懸浮細(xì)胞響應(yīng)鹽脅迫的主要代謝物組成和相對含量的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了其響應(yīng)鹽脅迫的主要代謝途徑,包括糖類代謝、氨基酸代謝、脂肪酸代謝、三羧酸循環(huán)等代謝途徑。其中鹽脅迫下糖類代謝活躍,葡萄糖、半乳糖、甘露糖含量呈增加趨勢,果糖和木糖含量呈降低趨勢;氨基酸代謝旺盛,鹽脅迫下其含量(脯氨酸、纈氨酸、丙氨酸)升高,脯氨酸含量尤為突出,在250 mmol?L-1處理下,細(xì)胞脯氨酸含量約是無鹽組的100倍;脂肪酸代謝速度加快,十六烷酸、十八烷酸、十八碳烯酸含量升高,在低鹽濃度下(100 mmol?L-1)即可達(dá)到最高值;有機(jī)酸類代謝比較穩(wěn)定,蘋果酸、琥珀酸、草酸、苯甲酸、苯二甲酸等的相對含量變化不大;谷甾醇含量增高。由此可知,唐古特白刺懸浮細(xì)胞通過對糖類、氨基酸、脂肪酸、有機(jī)酸、甾醇等物質(zhì)的代謝調(diào)節(jié)協(xié)同增強(qiáng)了其抗鹽能力。綜上所述,本研究建立了唐古特白刺懸浮細(xì)胞懸浮培養(yǎng)體系,分析其鹽脅迫下的生長和生理指標(biāo),確定了細(xì)胞的耐鹽閾值;檢測并篩選出唐古特白刺懸浮細(xì)胞耐鹽標(biāo)志性代謝物25種,并分析了其代謝調(diào)節(jié)方式,闡釋了唐古特白刺適應(yīng)鹽脅迫代謝機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果將為白刺耐鹽機(jī)理的進(jìn)一步研究及對耐鹽新品種的篩選、耐鹽新途徑的發(fā)現(xiàn)提供優(yōu)良材料和理倫依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：唐古特白刺 懸浮細(xì)胞 耐鹽性 代謝組學(xué) 代謝機(jī)制 生理指標(biāo)
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S793.9
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-18
• 第一章 緒論18-37
• 1.1 引言18-19
• 1.1.1 研究背景18-19
• 1.1.2 研究目的和意義19
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢19-34
• 1.2.1 植物耐鹽生理機(jī)制的研究現(xiàn)狀19-22
• 1.2.2 代謝組學(xué)概述22-27
• 1.2.3 代謝組學(xué)在植物逆境脅迫研究中的應(yīng)用27-32
• 1.2.4 唐古特白刺的研究現(xiàn)狀32-34
• 1.3 研究目標(biāo)和主要研究內(nèi)容34-36
• 1.3.1 關(guān)鍵的科學(xué)問題34
• 1.3.2 研究目標(biāo)34
• 1.3.3 主要研究內(nèi)容34-36
• 1.4 研究技術(shù)路線36-37
• 第二章 唐古特白刺懸浮細(xì)胞體系的建立及生長特性37-53
• 2.1 引言37-38
• 2.2 材料與方法38-42
• 2.2.1 試驗材料38
• 2.2.2 試驗方法38-40
• 2.2.3 測定指標(biāo)與方法40-42
• 2.3 結(jié)果與分析42-50
• 2.3.1 莖段和葉片的表面滅菌效果42-43
• 2.3.2 不同外源激素對莖段和葉片愈傷組織誘導(dǎo)的影響43-45
• 2.3.3 唐古特白刺愈傷組織的形態(tài)分析45-46
• 2.3.4 唐古特白刺懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中的的生長特性46-47
• 2.3.5 唐古特白刺懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中接種量對細(xì)胞生長的影響47-48
• 2.3.6 唐古特白刺懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中分裂指數(shù)的變化48-49
• 2.3.7 唐古特白刺懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中細(xì)胞活力與存活率的變化49-50
• 2.4 討論50-52
• 2.4.1 唐古特白刺懸浮細(xì)胞體系的構(gòu)建50-51
• 2.4.2 唐古特白刺懸浮細(xì)胞體系的生長特征51-52
• 2.5 小結(jié)52-53
• 第三章 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞的生長與生理特性53-75
• 3.1 引言53-54
• 3.2 材料與方法54-59
• 3.2.1 試驗材料54
• 3.2.2 試驗方法54
• 3.2.3 測定指標(biāo)與方法54-59
• 3.2.4 數(shù)據(jù)處理及分析59
• 3.3 結(jié)果與分析59-70
• 3.3.1 不同鹽處理下唐古特白刺懸浮細(xì)胞的生長特征59-61
• 3.3.2 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞的耐鹽閾值61-62
• 3.3.3 不同鹽處理對唐古特白刺懸浮細(xì)胞有機(jī)滲透物質(zhì)的影響62-65
• 3.3.4 不同鹽處理對唐古特白刺懸浮細(xì)胞抗氧化酶活性的影響65-67
• 3.3.5 不同鹽處理對唐古特白刺懸浮細(xì)胞膜損傷的影響67-68
• 3.3.6 唐古特白刺懸浮細(xì)胞鹽脅迫下各指標(biāo)間的相關(guān)分析68-70
• 3.4 討論70-73
• 3.4.1 鹽脅迫對唐古特白刺懸浮細(xì)胞生長的影響70
• 3.4.2 唐古特白刺懸浮細(xì)胞的耐鹽閾值70
• 3.4.3 鹽脅迫對唐古特白刺懸浮細(xì)胞生理生化的影響70-73
• 3.5 小結(jié)73-75
• 第四章 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞的代謝組學(xué)分析75-105
• 4.1 引言75-76
• 4.2 材料與方法76-78
• 4.2.1 試驗材料76
• 4.2.2 試驗方法76
• 4.2.3 測定指標(biāo)與方法76-78
• 4.2.4 數(shù)據(jù)處理及分析78
• 4.3 結(jié)果與分析78-99
• 4.3.1 細(xì)胞相對生物量、形態(tài)、滲透勢的影響78-81
• 4.3.2 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞代謝物的代謝譜分析81-83
• 4.3.3 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞標(biāo)志代謝物及其相關(guān)分析83-99
• 4.4 討論99-103
• 4.4.1 鹽脅迫對細(xì)胞生物量、形態(tài)和滲透勢的影響99
• 4.4.2 鹽脅迫對細(xì)胞代謝譜的影響99-100
• 4.4.3 鹽脅迫對細(xì)胞糖類代謝途徑的影響100-101
• 4.4.4 鹽脅迫對細(xì)胞氨基酸類代謝途徑的影響101-102
• 4.4.5 鹽脅迫對細(xì)胞脂肪酸類代謝途徑的影響102
• 4.4.6 鹽脅迫對其他代謝途徑的影響102-103
• 4.5 小結(jié)103-105
• 第五章 結(jié)論與討論105-111
• 5.1 主要研究結(jié)論105-108
• 5.1.1 唐古特白刺懸浮細(xì)胞體系的建立及生長特性105-106
• 5.1.2 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞的生長與生理響應(yīng)106-107
• 5.1.3 鹽脅迫下唐古特白刺懸浮細(xì)胞代謝組的變化107-108
• 5.2 討論108-110
• 5.3 展望110-111
• 參考文獻(xiàn)111-126
• 附錄126-127
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究127-128
• 致謝128

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 曾玲玲;季生棟;王俊強(qiáng);張成亮;趙剛;;植物耐鹽機(jī)理的研究進(jìn)展[J];黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年05期

2 馬煥成,王沙生;胡楊膜系統(tǒng)的鹽穩(wěn)定性及鹽脅迫下的代謝調(diào)節(jié)[J];西南林學(xué)院學(xué)報;1998年01期

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本文編號：988205