低温调控烤烟幼苗叶片生长发育的生理机制研究

发布时间：2020-05-26 20:50

【摘要】：烟草(Nicotiana tabacum L.)是原产于亚热带的喜温作物,其生长的最适温度为25-28°C,对低温较为敏感,表现为10-13°C的低温易导致烟株生长停滞,1-2°C的低温可使烟株死亡。每逢早春季节,低温冷害便成了我国福建、江西等南方烟区烟苗移栽期常见的问题之一,若移栽期出现4°C左右的极端低温,易导致烟苗大田前期生长迟缓、早花及叶形狭长等现象,这在很大程度上影响烟叶的产质量。本研究以低温敏感型烤烟品种K326和低温不敏感型烤烟品种红花大金元为试验材料,首先分析低温胁迫后恢复生长阶段烟苗叶形的变化规律,其次分析叶形指数响应较大的品种的叶片组织结构、叶绿体超微结构及相关生理指标对低温的响应。探究了生长素参与叶形变化的生理和分子机制,通过iTRAQ技术及不同逆境胁迫后的叶形表现,锁定响应低温的特异微管蛋白基因NtTubB。通过该基因的分离克隆,借助VIGS手段初步验证了该基因的功能。本研究结果为进一步揭示低温调控烤烟幼苗叶片生长发育的生理机制提供了理论参考。主要结果如下:1.为分析低温胁迫后恢复生长阶段不同低温耐性烤烟品种的叶形指数(叶长/叶宽)随时间的变化规律,对烤烟幼苗K326和红花大金元进行低温处理。发现K326对低温的响应较红花大金元更加明显,低温抑制叶片的生长发育,且对叶宽的抑制作用强于对叶长的抑制作用,导致叶形指数增大。不同胁迫时间对叶形指数增大这一趋势的诱导程度为12 h24 h6 h3 h48 h。说明4°C低温胁迫3 h即可对恢复生长后的叶片生长造成不可逆的影响。2.为研究低温胁迫对烤烟幼苗光合荧光特性及叶片结构的影响,对烤烟K326进行低温处理。随着胁迫时间的增加,叶片水分利用效率和气孔限制值不断增大,净光合速率、气孔导度等不断降低;光反应受到抑制,光能利用率降低。同时,叶片组织结构受损明显,叶绿体细胞片层结构解体。说明低温通过直接影响植物叶绿素的合成和光合器官的活性,间接通过水分胁迫、气孔对CO_2扩散阻力等影响光合作用。3.为研究低温胁迫下生长素对烤烟幼苗叶片生长发育的影响,通过HPLC、外施NAA和NPA的方法,发现NPA可调节烟苗的叶形指数,而外NAA可有效缓解烟苗叶形狭长的趋势,初步推断低温胁迫导致烟苗地上部生长素从茎尖新生叶向茎基部极性运输的减少是烟苗叶形响应低温胁迫的生理机制之一。4.为鉴定响应低温胁迫的特异蛋白及其基因表达变化,基于iTRAQ建立了低温胁迫下烤烟K326叶片的蛋白质表达谱,从2 885种鉴定的蛋白中筛选出8个微管蛋白。其中,1个NtTubA3基因(NM_001326192)和1个NtTubB基因(XM_016581922)仅在低温胁迫下显著下调而常温生长后无显著变化。通过不同逆境胁迫下烟苗叶形指数的比较,推测NtTubB基因可能参与到烟苗形态的建成。5.为进一步明确NtTubB蛋白特性及其生物学功能,通过NtTubB基因结构和生物信息学预测发现,NtTubB基因cDNA全长为2 783 bp,其中开放阅读框2 475 bp,由3个外显子和2个内含子组成。VIGS验证表明,TRV-NtTubB侵染的烟苗NtTubB基因的表达量显著下调,结果初步验证了NtTubB基因参与了低温诱导叶形狭长的分子调控。
【图文】：

低温敏感,低温胁迫

业科学院硕士学位论文第一章低温胁迫对烤烟幼苗的影响1 烤烟幼苗响应低温的形态学表现温冷害是绝大多数植物在生长发育过程中的常见的外界“障碍”，也是影响我国农灾害之一。研究者根据温度的高低和植物的受害情况，将低温冷害划分为冻害和冷指作物因 0 °C 以下的低温造成细胞间或细胞内结冰而导致植物萎蔫、组织瘫软；冷C 以上的低温伤害细胞结构，造成膜透性改变，破坏酶系统，进一步导致代谢发生紊个生育过程均造成不利影响（Chinnusamy et al., 2007；丁杨林等, 2015）。

技术路线图,叶形,微管蛋白,烟叶产质量

中国农业科学院硕士学位论文第一章引言道的“生长素扮演维管组织分化的信号”和“γ-tubulin 基因的低表达导致叶片长宽比增大，，植株生长素的含量出现异”，筛选蛋白组结果中鉴定到的微管蛋白。根据“低温-微管蛋白-叶形”这个主线思考微管蛋白基因 NtTubA3 和 NtTubB 是否真的是参与烟苗叶形变化的关键基因？再次从植物生理的角度，研究其他非生物胁迫下出现叶形狭长表型时上述两个基因的表达变化。最后，通过 VIGS 验证发现 NtTubB 基因的低表达确实会造成烟草叶形的狭长。上述研究为揭示低温下烟株叶片形态、生理特性的响应，从而提高烟叶产质量提供理论依据。1.5.3 技术路线
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S572

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