盐碱胁迫下苜蓿对亚精胺浸种的生理应答特征

发布时间：2020-08-31 12:22

　　土壤盐碱胁迫是植物生长发育的主要障碍因子之一。本研究通过亚精胺处理苜蓿种子,探求在盐碱胁迫下苜蓿生长发育、生理及抗逆性对外源亚精胺的应答特征,并利用转录组测序和代谢组测序验证与盐碱胁迫有关的目标功能基因的富集模式与差异性代谢物情况,旨在为紫花苜蓿在盐碱地土壤适应性栽培提供技术支撑与理论依据。选用东苜1号和公农1号紫花苜蓿为试材进行盆栽。供试土壤为吉林白城东北师范大学试验基地的盐碱土和实验室培养土浇灌混合盐碱溶液模拟盐碱土。实验处理分别为纯净水、0.5mM与1 mM亚精胺溶液浸泡处理24小时,并在温室条件下进行4个月的盆栽培养,在光照培养箱中进行2个月盆栽培养。测定苜蓿生物量、渗透势、可溶性糖、叶绿素,脯氨酸、丙二醛、苜蓿的钠钾钙离子含量、苜蓿根际表面的钠钾钙离子流速、转录组差式表达基因的富集模式和代谢组差异代谢物的富集模式。在盐碱胁迫下亚精胺浸种处理的苜蓿生物量、可溶性糖、叶绿素、脯氨酸、钾离子含量均明显上升,而叶片组织中钠离子和丙二醛含量显著下降,其中以0.5 mM亚精胺浸种处理效果最佳。转录组测序表明亚精胺浸种致使基因表达发生改变。通路分析表明,这些差式表达基因主要参与了蛋白质合成、次生代谢途径及信号转导。亚精胺浸种能够有效地促进盐碱胁迫下苜蓿的生长发育。代谢组分析表明亚精胺处理使植物体内的氨基酸、有机酸、脂肪酸等物质发成了差异性变化,改变了苜蓿的蛋白质合成、生长代谢途径。通过亚精胺浸种增加了苜蓿叶片中参与渗透调节性代谢物质的积累及钠离子外排,维持了细胞内渗透势平衡,导致苜蓿的耐盐碱性增强。亚精胺浸种明显导致差式表达基因在苜蓿叶片中的富集模式发生改变,并差式表达基因上调或下调,并参与了苜蓿的生理代谢过程。本研究证实了0.5 mM亚精胺对缓解苜蓿盐碱胁迫伤害效果最佳,表明外源亚精胺可以为苜蓿在盐碱胁迫下的植株生长提供信号调节。
【学位单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S156.4;S541.9
【部分图文】：

亚精胺,盐碱胁迫

图 2.1 亚精胺浸种盐碱胁迫下盆栽东苜 1 号紫花苜蓿的表型差异。 A：亚精胺处理后盐碱胁迫下东苜 1 号紫花苜蓿盆栽表型；B：浸泡 24h 后东苜 1 号紫花苜蓿种子表型；C：亚精胺处理后盐碱胁迫下东苜 1 号紫花苜蓿单株根部表型Fig.2.1 Phenotypic differences of spermidine soaking seed-triggered in alfalfa under salinity-alkalinitstress。A, Phenotype of alfalfa growing in pot with salinity-alkalinity stress after spermidine treatment; BSingle plant phenotype of alfalfa under salinity-alkalinity stress; C, Roots s canning of alfalfa undersalinity-alkalinity stress;亚精胺浸泡东苜 1 号苜蓿种子 24 小时后（图 1B），移栽到盐碱土盆栽中。结果表明，亚精胺浸种明显促进了苜蓿在盐碱胁迫条件下的生长发育（图 1）。由图可见，0.5mmol/L 亚精胺和 1mmol/L 亚精胺浸种的东苜 1 号生长发育均优于 CK 处理，无论地上部（图 1A）还是根系（图 1C），0.5 mmol/L 亚精胺浸种的东苜一号长势最优。亚精胺浸种致使苜蓿株高、根长及生物量在盐碱胁迫下显著增加，且随着亚精胺浓度增加升高幅度降低。

亚精胺,盐碱胁迫,苜蓿

图 2.2 亚精胺浸种盐碱胁迫下盆栽公农 1 号紫花苜蓿的表型差异。 A：亚精胺处理后盐碱胁公农 1 号紫花苜蓿盆栽表型；B：浸泡 24h 后东苜 1 号紫花苜蓿种子表型；C：亚精胺处理后盐胁迫下公农 1 号紫花苜蓿单株根部表型Fig.2.2 Phenotypic differences of spermidine soaking seed-triggered in alfalfa undersalinity-alkalinity stress。A, Phenotype of alfalfa growing in pot with salinity-alkalinity stress aftespermidine treatment; B, Single plant phenotype of alfalfa under salinity-alkalinity stress; C, Roots scanning of alfalfa under salinity-alkalinity stress;亚精胺浸泡公农 1 号苜蓿种子 24 小时后（图 2B），移栽到盐碱土盆栽中。结果，亚精胺浸种明显促进了苜蓿在盐碱胁迫条件下的生长发育（图 2）。由图可见，mol/L 亚精胺和 1mmol/L 亚精胺浸种的东苜 1 号生长发育均优于 CK 处理，无论地（图 2A）还是根系（图 2C），0.5 mmol/L 亚精胺浸种的东苜一号长势最优。亚精种致使苜蓿株高、根长及生物量在盐碱胁迫下显著增加，且随着亚精胺浓度增加升度降低。.3.2 盐碱胁迫下亚精胺处理苜蓿的生地上部物量变化表 2.2 苜蓿生物量差异

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添加 0.5 mmol/L 亚精胺的公农 1 号的株高、鲜重、干重与 CK 相比均显著增加长增加但结果不显著。其中株高增加了 36.19%、总根长增加了 45.33%、鲜重增65.71%、干重增加了 57.17%。添加 1mmol/L 亚精胺的公农 1 号与 CK 相比株高、总根长、鲜重和干重均增加显著，株高增加了 4.77%、总根长增加了 43.74%、鲜重增加了 62.86%、干重增28.57%。以上结果说明，添加亚精胺的两品种苜蓿株高及生物量在盐碱胁迫下升高，随精胺浓度增加升高幅度降低，并且东苜 1 号升高幅度大于公农 1 号。添加外源亚精解了盐碱胁迫对苜蓿地上部和根系生长的抑制作用，促进苜蓿生长，缓解其受伤害度，而且外源亚精胺对盐碱胁迫下东苜一号品种根系和地上部生长抑制的缓解作用于公农一号品种，0.5 mmol/L 亚精胺处理效果最佳。2.3.3 盐碱胁迫下亚精胺处理苜蓿的地下部生物量变化及根系形态

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