钙对半夏生理生化的影响及探究茉莉酸在半夏珠芽中的差异表达

发布时间：2020-05-30 22:24

【摘要】：半夏,Pinellia ternata(Thunb.)Breit,古称守田,又称半月莲、三步跳、地八豆、蝎子草、麻芋果等,为多年生单子叶草本,是天南星科药用植物,其块茎经炮制干燥可入药,性温味辛,具有降逆止呕、燥湿化痰、消痞散结的功效,是我国传统治痰止吐中药。钙元素是细胞壁和细胞间层的主要组成成分之一,能够参与蛋白质和碳水化合物的合成,调节植物的生理代谢。本研究在6-8月对半夏进行不同浓度的钙处理,比较半夏抗氧化系统的生理特性变化、光合生理参数的变化以及有效成分积累的变化,并探讨半夏钙肥的施用浓度,为大面积合理栽培种植半夏,提高产量提供理论依据,为系统分析钙对半夏的调节提供了参考。本研究以提高半夏产量、优化栽培种植技术为主线,不仅探究生理生化水平上的影响因素,还探究激素水平上的调控因素。茉莉酸是一种广泛存在于植物中的一种生长调节激素,在植物的生长发育和胁迫响应过程中通常以信号分子方式参与,对植物根的生长,球茎的形成,果实成熟等生长发育过程有着重要的调控作用。珠芽繁殖作为半夏的重要繁殖方式,对其进行高通量测序,经过差异基因表达分析,发现茉莉酸在珠芽中显著表达。因此探究茉莉酸在珠芽中显著表达的分子调控机制,对提高半夏珠芽产量及品质提供科学指导,奠定分子基础和数据支持。本研究主要研究结果如下:1.以浙江杭州为种植地,基于抗氧化活性指标为参照,实验结果表明钙离子对半夏POD、CAT、SOD三种酶活性均有促进作用,当Ca~(2+)浓度逐渐升高时,三者活性呈现先升后降的趋势,至600mg/L浓度时三种酶活性最高且渗透调节物质含量也较高;同时Ca~(2+)处理可降低MDA含量和超氧自由基含量,二者含量呈现先降后升趋势,在600mg/L浓度时最低;这说明600mg/L浓度钙处理能提高半夏的抗氧化系统的作用,促进半夏生长。2.随着Ca~(2+)浓度升高明显提高了叶绿素含量,同时电子传递速率(ETR)、光合量子产量(Yield)和光化学猝灭系数(qP)呈先升后降的趋势,非光化学猝灭系数(NPQ)呈先降后升趋势;600 mg/L浓度Ca~(2+)处理下NPQ较低,qP较高,Yield较高,ETR也有所增强;同时还显著提高了叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾作用(Tr),降低了胞间CO_2浓度(Ci)。由此可知,钙离子提高了叶绿素含量,改善了叶绿素荧光参数,进而促进生理代谢,改善光合作用,这对提高半夏的抗逆性有着重要的调节作用。3.随着Ca~(2+)浓度升高渗透调节物质含量呈现规律变化,半夏叶片可溶性蛋白含量、总生物碱含量、总可溶性糖含量及鸟苷、腺苷含量均呈现先升后降的趋势,在400mg/L~600mg/L浓度范围内维持较高水平;因此,在半夏全苗期叶面喷施中等浓度的钙肥,有利于半夏有效成分的积累。4.利用高通量测序技术,对半夏珠芽和茎进行转录组测序,经过NR、KOG、GO和KEGG pathway等数据库比对、珠芽和茎的基因表达量分析,共筛选出7个涉及茉莉酸(JA)代谢相关差异表达的基因,通过GO注释和KEGG分析,得出参与茉莉酸代谢途径调控的7个差异表达基因注释到四种关键酶,其中包括脂肪氧合酶(lipoxygenase,LOXs)(comp53749_c0_seq1)、12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxophytodienoic acid reductase,OPRs)(comp48844_c0_seq5)、软磷脂酶(phospholipase A2,PLA2s)(comp49877_c0_seq1,comp49877_c0_seq4,comp49877_c0_seq6 and comp49877_c0_seq7)、丙二烯氧化物环化酶(allene oxide cyclase,AOC)(comp39838_c0_seq6)。通过qRT-PCR验证和差异基因显著性分析得出:这四种酶涉及茉莉酸的合成代谢途径,在半夏珠芽中的表达量高于茎。综上所述,在半夏全苗期喷施适宜浓度的钙肥有利于半夏的生长,同时茉莉酸在珠芽中的差异表达可能影响珠芽的形成。
【图文】：

半夏,实物

第一章绪论生态学特性rnate(Thunb.)Breit），为多年生单子叶草制干燥可入药，性温味辛，具有降逆止呕传统治痰止吐中药(中华人民共和国药典境，忌干旱、洪涝，耐阴湿、惧高温，属边、荒坡及溪边。半夏多指三叶半夏，植球形，茎的底部离地面约 1/3 处长珠芽花序轴上部，雄蕊聚集成圆筒状，与雌花焰苞，上下相通，直立成“S”形[2]（图 1.1

叶绿体,蛋白,传感器

浙江理工大学硕士学位论文钙对半夏生理生化的影响及茉莉酸在半夏珠芽中的差异1.4.3 钙元素参与植物的光合生理调控光合作用是植物生长发育的重要生命活动，Ca2+能提高叶绿素含量、叶功能性和光合羧化酶活性，调节气孔导度、蒸腾作用，改善光合作用效率，维持植物光化学反应，增强植物抗逆性具有重要意义。Trotta 等[28]研究发现物生长发育及生长代谢过程中，光是重要的非生物胁迫影响因素之一，同时K等[29]发现 Ca2+信号是植物许多适应和发育过程中的核心传感器和调节因子植物光和生理中起着重要的调控作用。Ca2+在叶绿体中有较高的浓度，Ca2+与带负电的类囊体膜或钙结合蛋白结合，维持基质中的钙浓度在 150 nM 水[30](图 1.2)，，通常 Ca2+在光合作用中被摄入到叶绿体中，通过局部钙传感器(CAS)进行胞质 Ca2+信号传递[31]。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S567.239

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