混合盐碱胁迫下苹果砧木的抗性生理和蛋白组学分析

发布时间：2020-06-12 03:51

【摘要】：土壤盐碱化在世界各地日益严重,威胁着植株的正常生长发育及代谢生理活动,尤其严重制约着西北黄土高原产区的苹果产业,生产中常选用抗盐性较强的砧木以缓和盐碱胁迫,研究抗性强的砧木对盐碱胁迫的响应机制,揭示其耐盐性机理对苹果生产极其重要。本试验以苹果砧木垂丝海棠(Mallus halliana Koehen)(CS)和山定子(Malus baccata(Linn.)Borkh.)(SDZ)为试材,采用盆栽实验法,浇灌不同浓度的盐/碱混合溶液:0mmol·L~(-1)、50mmol·L~(-1)、100mmol·L~(-1)、150mmol·L~(-1)和200mmol·L~(-1)NaCl+NaHCO_3(按物质的量1:1混合)。通过生理指标测定筛选进行组学研究的盐/碱胁迫适宜浓度;同时测定垂丝海棠的光合、荧光参数,观察其叶片显微结构,明确其响应不同浓度混合盐碱胁迫的解剖学特性;采用iTRAQ技术,研究垂丝海棠叶片对混合盐碱胁迫响应的差异蛋白表达,分析其代谢通路。主要研究结果如下:1.混合盐碱胁迫40天后,在100 mmol·L~(-1)胁迫下,CS仍保持正常生长,SDZ则呈现明显的盐害表型,在150、200 mmol·L~(-1)盐碱胁迫下CS叶片萎蔫失水,SDZ叶片全部干枯,植株死亡。随着胁迫时间的延长,CS叶绿素含量呈缓慢下降趋势,SDZ则在胁迫20天后迅速下降。CS和SDZ的总有机酸、可溶性糖、脯氨酸含量、电导率均随着盐碱胁迫时间的延长而升高,且CS在100 mmol·L~(-1)混合盐碱胁迫下升高程度均显著低于150和200 mmol·L~(-1)胁迫的。CS和SDZ的SOD呈先升后降的趋势,POD则持续升高,在100mmol·L~(-1)混合胁迫下酶活性均为最高。将各浓度胁迫下的8个生理指标进行主成分分析,综合评价两种砧木的抗盐碱性能,结果显示:山定子在50、100、150、200 mmol·L~(-1)混合胁迫下的综合评分均为负值,而垂丝海棠在150和200 mmol·L~(-1)2个高浓度下的综合评分为负值,100 mmol·L~(-1)为正值,表明100 mmol·L~(-1)NaCl+NaHCO_3的胁迫为垂丝海棠的临界浓度。2.在不同混合盐碱胁迫下,随着胁迫时间的延长,垂丝海棠叶片的P_n、G_s、C_i、T_r、F_0、F_v/F_m、ETR和ΦPSII、qP均逐渐降低,而WUE、Y(NPQ)、Y(NO)、qN总体呈上升趋势。随着胁迫处理浓度的增加,叶片栅栏组织细胞长度变短且排列变的疏松,海绵组织也变得疏松,间隙逐渐发达。在100 mmol·L~(-1)胁迫下,叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均为最厚,显著高于对照和其他处理组。3.10叶龄垂丝海棠幼苗在100mM NaCl+NaHCO_3胁迫至5d时,叶片发黄,但呈鲜嫩状态,植株正常生长,到7d时,接近根部叶片干枯皱缩,到9d,整株死亡。随着时间的延长,根系活力呈先升后降的趋势,叶片含水量逐渐降低,Na~+/K~+比值逐渐升高。根、茎、叶中钾离子的含量均逐渐降低,且同期根中钾离子含量最高,显著高于茎和叶中的,茎中的含量最低;根、茎、叶中钠离子含量急剧升高,根中的钠离子含量最高,其次为叶的。4.100mM NaCl+NaHCO_3胁迫至5d时,运用iTRAQ技术,鉴定筛选出垂丝海棠幼苗叶片响应混合盐碱胁迫的差异蛋白总共179个,其中上调的蛋白有105个,下调的蛋白74个。利用GO富集、KEGG pathway分析,分析得到55个蛋白酶类参与30个通路。差异蛋白相关酶类参与的代谢通路有光合、光合碳固定、三羧酸循环、乙醛酸循环、糖酵解途径、氨基糖和核酸糖代谢、丙酮酸代谢、抗坏血酸代谢、植物激素信号转导、苯丙酸的生物合成、蛋白合成及其加工、核糖体蛋白等。参与能量代谢的蛋白所占比例最高,为50.00%,其中光合作用和光合碳固定相关的蛋白所占比例为11.82%,碳水化合物代谢的相关蛋白有38.18%;参与核苷酸和氨基酸代谢的为25.45%,蛋白质合成及加工的6.36%,脂质代谢6.36%,植物激素信号转导4.55%,苯丙酸生物合成7.27%。
【图文】：

技术路线图,蛋白质,差异表达,技术

甘肃农业大学 2018 届硕士学位论文分辨率液质联用为基础，自动化操作，分析速度快。iTRAQ 技术[79]对任何类的蛋白质可以进行鉴定，例如高分子量蛋白质、碱性蛋白质和酸性蛋白质，2-DE 电泳对这些蛋白质无法检测。因此，iTRAQ 技术已发展成为一种在蛋白组学水平研究盐胁迫下蛋白质应答分子机制的有力研究工具[80]。综上所述，本试验采用 iTRAQ 差异表达蛋白技术，分析混合盐碱胁迫下苹果砧木叶片的差异表达蛋白的变化。1.6 技术路线图

碱胁迫,山定子,混合盐,海棠

图 2-1 不同混合盐碱胁迫下垂丝海棠和山定子的表型变化g.2-1 Phenotypic changes of different salt-alkaline stress between CS and盐碱胁迫下苹果砧木叶片光合色素的变化分析2-2 可知，随着混合盐碱胁迫时间的延长，所有处理的 CS 叶片慢下降趋势，SDZ 则在胁迫 20 天后迅速下降。处理 40d 后，S 中 A1、A2、A3、A4 各处理组的叶绿素含量分别降低了 43.56、.84%，，而 SDZ 各处理组分别降低了 66.18、77.27、81.13、86.5盐碱胁迫对 SDZ 的盐害更严重。盐碱胁迫下 CS 的 Chla 未显著降低，而 Chlb 则显著降低，相 40d 后，A1、A2、A3、A4 各处理组分别下降了 13.75、20.05、。SDZ 的 Chla 和 Chlb 均显著减低，且 Chlb 的降低幅度更显著胁迫 40d 后，各处理组分别降低了 16.77、22.80、26.16、20.1碱胁迫对于 Chlb 的影响显著大于 Chla。如图 2-3 所示，CS 的
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S661.1

【参考文献】