低温弱光下辣椒叶片中类胡萝卜素组分的变化及其与品种耐性的关系研究

发布时间：2020-07-18 17:50

【摘要】：辣椒(Capsicum annuum L.)是我国设施主栽蔬菜品种之一,由于近年来全球气候变化异常,雾霾和极端低温天气频繁出现,低温弱光胁迫成为了辣椒反季节生产的制约因素。前人研究表明总类胡萝卜素含量与辣椒品种耐低温弱光性有密切关系,为进一步探明具体起决定性作用的类胡萝卜素组分,本试验在人工气候箱中模拟低温弱光条件(15℃/5℃,100μmol m~(-2) s~(-1)),研究了12种不同基因型辣椒生长、光合特性和类胡萝卜素组分变化响应低温弱光胁迫的生理生化,并从转录组水平深入研究挖掘类胡萝卜素组分介导低温弱光胁迫的功能基因,为培育耐低温弱光的设施专用辣椒品种提供理论依据。1.12种不同基因型的辣椒植株在5℃黑暗条件下20d后,所有品种的辣椒叶片均出现了脱水、蜷缩、发黄,变褐、甚至出现了干枯、死亡的情况,部分植株茎干部出现不同程度的倒伏现象,严重的甚至从茎基部倒伏。各品种的冷害指数从小到大依次为湘特辣2号(11~#)陇椒5号(2~#)海丰12号(9~#)航椒8号(6~#)13-3(7~#)海丰23号(10~#)37-94(8~#)航椒5号(5~#)陇椒2号(1~#)天水线椒(12~#)航椒2号(3~#)航椒4号(4~#)。2.低温弱光胁迫能够明显抑制植株的生长,表现为株高下降,茎杆变细,叶片数明显减少,以及生物量的积累下降;叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量、总类胡萝卜素含量随着胁迫时间的增加含量明显下降,而叶绿素a/b却明显上升;同时,抑制了光合作用,光合能力下降,表现在蒸腾速率、气孔导度和净光合速率出现连续降低的现象,尤其是胁迫0-5d时降幅最大,而胞间CO_2浓度明显增加。叶片叶尖的边缘部分首先受到伤害,并随着时间的增加慢慢向叶片内、向下蔓延,而叶脉、叶基部和靠近叶脉部位的叶片受到的伤害最轻;Fv/Fm、YII、qP、qL和Fv/Fo均有不同程度下降;而NPQ和qN显著上升,低温弱光条件下造成了光系统Ⅱ反应中心的关闭,实际光化学效率明显下降,而用于非光化学猝灭的量子产量明显增加;辣椒植株均发生光抑制,用于光合作用的能量YⅡ明显下降,而用于热耗散的部分YNPQ和剩余的光能部分YNO明显增加。3.试验测定了低温弱光胁迫后辣椒叶片中的新黄质、紫黄质、黄体素、八氢番茄红素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、玉米黄素、单环氧玉米黄素、环氧黄体素和番茄红素10种主要类胡萝卜素组分的含量,其中以前6种类胡萝卜素为主,含量均大于10μg/g,占10种总类胡萝卜素含量的91.52%-98.24%,其中黄体素含量最高,占10种总含量的23.56%-68.82%;后4种类胡萝卜素含量占总类胡萝卜素含量的1.76%-8.48%,其中含量最小的是单环氧玉米黄素,仅占0.02%-1.39%。4.低温弱光处理15d辣椒叶片中的新黄质、紫黄质、黄体素、玉米黄素、八氢番茄红素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素含量与植株冷害指数之间均呈极显著负相关,单环氧玉米黄素、环氧黄体素和番茄红素与冷害指数之间无显著相关性;同时均与叶绿素a、总类胡萝卜素、Pn、Fv/Fm、YⅡ、qP、qL、Fv/Fo均呈显著正相关关系,而与YNPQ、NPQ、qN呈显著负相关关系;以测定指标中与冷害指数有显著关系的指标计算12种辣椒品种耐低温弱光性的综合隶属函数值,对12种不同基因型辣椒耐低温弱光性从大到小进行排名:11~#(0.791)9~#(0.712)2~#(0.695)6~#(0.618)7~#(0.587)5~#(0.523)8~#(0.515)10~#(0.466)12~#(0.333)1~#(0.325)3~#(0.237)4~#(0.202)。相关性分析表明新黄质、紫黄质、黄体素、玉米黄素、八氢番茄红素和β-胡萝卜素6种类胡萝卜素均与综合隶属函数值呈极显著正相关关系,而α-胡萝卜素与综合隶属函数值无显著相关关系。5.低温弱光条件胁迫15d后,分别采集航椒2号(不耐低温弱光)和湘特辣2号品种(耐低温弱光)CK和LL处理的叶片进行转录组测序,设置阈值Padj0.05为显著差异表达基因,航椒2号共得到8392个差异基因,其中包括个4018上调表达基因和4374个下调表达基因;在湘特辣2号品种中共获得8028个差异基因,包括4284个上调差异表达基因和3744条下调表达基因。GO功能注释结果主要分别集中在细胞组分、分子功能和生物学过程3个大类中的27个亚类和39个亚类中,这些基因参与类囊体、光合膜、光合系统、光系统Ⅰ、光系统Ⅱ、光合作用等。航椒2号和湘特辣2号差异基因分别注释到KEGG中106个代谢通路和107个代谢通路中,共同显著富集到光合作用和光合天线蛋白途径。低温弱光能够诱导类胡萝卜素合成途径中的CA1上调表达,CA2、ZDS、NCED3、LOC107840293下调表达。综上所述,低温弱光抑制辣椒植株的生长、推迟生育期,光合能力下降,类胡萝卜素组分呈现出先升后降的变化趋势,其中新黄质、紫黄质、黄体素、玉米黄素、八氢番茄红素和β-胡萝卜素是影响辣椒耐低温弱光性的类胡萝卜素组分。类胡萝卜素合成代谢途径中的差异表达基因ZDS、CA1、CA2、NCED3、LOC107840293可能是影响辣椒低温弱光胁迫的关键基因。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S641.3
【图文】：

图 1-1 类胡萝卜素合成代谢调控图 (Nisar, Li et al. 2015)Fig. 1-1 Schematic Carotenoid Biosynthetic Pathway.素在自然界中扮演着重要的角色，早在 1971 年，类胡萝卜了 (Goodwin 1971)。在接下来的 20 年里，很多学者利用离萝卜素的合成催化过程。随着分子生物学的不断发展，很多卜素的基因，几乎所有的植物类胡萝卜素合成所需的所有酶素的合成过程也有了系统的生化分析和遗传分析，同时，很微生物的类胡萝卜素突变体的类胡萝卜素的代谢通路就已经高等植物中类胡萝卜素的合成发生在叶绿体中，包括异戊烯焦r{牛儿焦磷酸生成八氢番茄红素，紧接着在一系列脱氢酶和番茄红素，番茄红素环化生成 α-胡萝卜素和 β-胡萝卜素，羟黄素，其中玉米黄素环氧化会生成紫黄质，最后在新黄质合

10图 1-2 植物对外界胁迫响应(Winfield, Lu et al. 2010)Fig 1-2 Response of plants to stress利用高通量测序技术对筛选出的抗寒西葫芦和冷敏寒西葫芦在低温胁迫后表现出比冷敏感西萌芦更多的例较高。低温弱光信号被感知后，经过一系列信号弱光诱导基因和相关蛋白质的表达，其中转录水平知和下游特异蛋白质的表达，是整个调控网络的008）。地区，喜温喜光，我国辣椒的种植面积已经超过 235%，已成为国内最大的蔬菜产业。辣椒作为一种餐桌

20图 2-1 12 种不同基因型辣椒植株冷害症状Fig 2-1 The symbol of extremely conditions of temperature and dark in 12 varietie温弱光胁迫对不同基因型辣椒叶片光合色素含量的影响

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本文编号：2761228