不同耐热性大白菜响应热胁迫的差异分析

发布时间：2020-08-25 13:41

【摘要】：大白菜最早起源于我国,广泛分布在我国的各个地理区域。高温是影响大白菜产量和品质的一项重要因素。如何提高大白菜耐热性实现大白菜的周年供应成为白菜育种研究中的一项重大难题。在高温逆境下,热激转录因子(HSF)通过激活抗热相关基因的表达提高植物体抗热能力,探究大白菜适应热胁迫的生理生化机制以及大白菜HSF耐热分子机制将有助于实现大白菜高温条件下的正常发育,为大白菜等在耐热育种方面提供分子和生理依据,开展相关研究具有一定的理论与应用价值。本研究取得的结果如下:1大白菜形态和生理指标分析本实验选用种植于农科院实验田内的两个大白菜自交系2013-33和Am160为实验材料,待白菜长出5-7片真叶时测定生理生化指标。主要研究结果如下:从外观形态上看,Am160在夏季高温胁迫下生长受到抑制且不能结球;而2103-33生长良好,能够结球。细胞质膜透性结果也显示,Am160在夏季高温胁迫下细胞质膜透性显著高于2103-33,两者在夏季的质膜透性显著高于秋季。在夏季和秋季两个季节,两耐热性不同的大白菜品种在生理生化上均显示出不同的适应性变化。与秋季适宜的温度条件相比,夏季高温胁迫下两种大白菜的可溶性糖含量均高于秋季,高浓度糖在高温胁迫下对大白菜具有一定的保护作用。夏季热胁迫下2013-33的蛋白质含量高于秋季,而Am160则低于秋季,这可能是2013-33耐高温的原因之一。渗透调节物质脯氨酸含量和抗氧化酶(POD、CAT以及SOD)活性保持不变或稍有降低的趋势,表明它们在大白菜耐热方面所起得作用不大。2大白菜光合特征分析两种大白菜幼苗在秋季最适温度下,光合作用的主要差异是,叶绿素荧光动力学的ΔVt曲线上,AM160白菜的J相和L相相对高于2013-33,而ΔWt曲线上,AM160白菜的P相明显低于2013-33。两种白菜的光反应中心密度和活性均无明显差异。上述现象主要是AM160的质体醌库小于2013-33引起的,从而导致其光合性能指数(PI)和光合速率(P_n)低于2013-33。夏季高温条件下,二者的差异和秋季极为类似,只不过两种白菜的性能指数和净光合速率差异更大,热耗散增多更明显。因此质体醌库大小可能是两种大白菜光合系统耐热性的主要区别。3大白菜HSF基因表达模式分析本研究从大白菜基因组中共鉴定34个HSF家族基因。采用RT-qPCR分析热处理不同时间后大白菜幼苗中表达模式。幼苗期在38℃下分别热处理0 h、1 h和3 h,与0 h相比,热处理1 h后,Bra021381、Bra000235、Bra00557、Bra023584以及Bra007739在2013-33和Am160中的表达量均上调;而Bra012828在2013-33和Am160中的表达量均下调;Bra040179、Bra001071、Bra001885、Bra012829、Bra040968、Bra009515以及Bra013358在2013-33中的表达量上调但在Am160中的表达量则下调;Bra029292、Bra029291、Bra000749以及Bra032752则在2013-33中的表达量下调而在Am160中的表达量上调且变化显著。热处理3h后,Bra021381、Bra012828、Bra040179、Bra010171、Bra001885、Bra012829以及Bra040968在2013-33上调,但在AM160下调;Bra23584、Bra007739和Bra009515在两品种间均为上调;Bra029292、Bra000749以及Bra032752则在2013-33下调,AM160上调;此外,Bra000557变化不大,Bra013358在2013-33中变化不大,但在AM160中下调,Bra029291在2013-33中下调,但在AM160中的表达不变。综上所述,Bra040179、Bra010171以及Bra040968根据表达量的变趋势可能在白菜的耐热性方面具有重要作用。4两种大白菜BrHSFs基因的序列差异性分析以耐热材料2013-33和不耐热材料AM160的cDNA为模板,克隆大白菜HSF基因家族所有成员,比较各个成员在耐热与不耐热白菜品种间的序列差异。已经测序出来的HSF家族成员中,Bra004272在两耐热性不同的白菜自交系的启动子区存在序列上的差异,Bra0015050在两耐热性不同的白菜自交系的CDS区存在差异,AM160相较于2013-33有大约8 bp的缺失,Bra008593在启动子区和CDS区均存在差异。5两种大白菜BrHSFs基因的序列差异与耐热性的连锁关系分析根据大白菜HSFs家族成员在两种不同耐热性白菜的序列差异分析,找出差异序列。然后以测序得到的差异序列为模板设计引物并在两种不同耐热性白菜的F2群体中进行验证,发现已测得的差异基因与大白菜的耐热性并不连锁。
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S634.1
【图文】：

大白菜,表型,相对电导率,细胞膜

图 1 两种大白菜夏秋季表型比较Fig.1 The comparison of two kinds of Chinese cabbage phenotype insummer and autumn2 高温胁迫对两种大白菜的伤害2.1 两种大白菜质膜透性差异分析细胞质膜掌控着细胞与外界环境的物质交换以及信息交流。植物体的生长受到外界各种不利环境的磨炼，而细胞膜成为外界逆境胁迫的首要目标。不良环境会导致细胞膜的通透性变大，从而导致电解质等原本不能自由进出细胞膜的大量物质外渗，增强细胞外液的相对电导率。相对电导率成为植物对外界逆境伤害程度的一种直观反应，胁迫程度相同的情况下，相对电导率与细胞膜的受损伤程度成正相关。高温是改变细胞膜结构的一个重要胁迫因子，高温胁迫对植物细胞的原初伤害首先表现在细胞膜上，导致质膜破损，透性增大。图2结果显示，夏季高温胁迫下两个白菜品种相对电导率值分别比秋季高了143.54%和175.27%，说明在夏季高温胁迫下2013-33和

质膜透性,大白菜,耐热性,细胞膜

相对电导率与细胞膜的受损伤程度成正相关。高温是改变细胞膜结构的一个重要胁迫因子，高温胁迫对植物细胞的原初伤害首先表现在细胞膜上，导致质膜破损，透性增大。图2结果显示，夏季高温胁迫下两个白菜品种相对电导率值分别比秋季高了143.54%和175.27%，说明在夏季高温胁迫下2013-33和Am160叶片的细胞膜均受到破坏，但Am160受伤害程度明显比2013-33高很多，差异极显著（P<0.01），表明2013-33较Am160适应夏季高温的能力更强。

大白菜,耐热性,耐热能力,抗热性

图 3 不同耐热性大白菜丙二醛（MDA）含量的变化Fig.3 The content of malondialdehyde (MDA) in different heat - resistant Chinese cabbage.图3结果显示，与秋季相比2013-33的MDA含量变化不大，而AM160的MDA含量增加且变化极显著(P<0.01),说明夏季高温条件下AM160发生明显的膜脂过氧化作用，耐热能力较差。MDA含量的变化结果表明，2013-33在夏季高温胁迫下抗热性较好，质膜相对稳定；

【参考文献】