黄瓜嫁接苗对低温胁迫的生理响应及分子机制研究

发布时间：2017-12-22 07:06

  本文关键词：黄瓜嫁接苗对低温胁迫的生理响应及分子机制研究　出处：《甘肃农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：黄瓜是我国北方保护地栽培的主要蔬菜作物之一,在设施栽培中,冬春季经常会遇到连续阴冷天气,容易受到低温胁迫,严重影响了其产量和品质,而在生产上以黑籽南瓜苗为砧木进行嫁接是提高其抗冷性的有效措施。本研究以黑籽南瓜为砧木、‘优博1-5’黄瓜为接穗,在人工气候箱内模拟冬春季设施内常见的偏低温(18/12℃)和临界低温(10/5℃)逆境,研究黄瓜自根苗和嫁接苗在内源激素水平、抗氧化系统及光合作用等方面响应低温的机理,并进一步从转录水平阐述嫁接提高黄瓜低温耐性的分子机制。主要研究结果如下:1.低温胁迫后黄瓜自根苗和嫁接苗的干物质积累减少,但嫁接苗的地上部、地下部及全株干物质量显著高于自根苗,说明嫁接可减轻低温胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制作用。低温胁迫后,黄瓜叶片中的内源激素含量及各激素间的比值发生了变化,嫁接苗的脱落酸(ABA)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素(ZR)的含量显著高于自根苗,而赤霉素(GA3)含量低于自根苗;低温胁迫下嫁接苗的ABA/GA3值始终高于自根苗,而ABA/ZR和ABA/IAA的值低于自根苗。2.随低温处理时间延长和胁迫程度的增加,黄瓜自根苗和嫁接苗叶片中超氧阴离子(O2·-)、过氧化氢(H2O2)大量积累、膜脂过氧化程度加剧,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量明显升高,SOD、POD和CAT活性及其基因表达量显著增加;但是嫁接苗受氧化损伤的程度明显小于自根苗,其原因可能是因为嫁接苗能够在转录水平调控相关抗氧化酶活性进一步升高,并诱导了大量渗透调节物质的积累,从而可以清除过多的活性氧。3.不同程度的低温导致黄瓜幼苗光合作用受抑的原因是不一样的,偏低温导致黄瓜自根苗Pn降低的原因主要是气孔因素,由于气孔限制导致其CO2供应受阻,所以碳同化关键酶如核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酯酶(SBPase)、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)和转酮醇酶(TK)在转录水平主动下调进而调控其活性下降以适应同化力的减少;临界低温下黄瓜自根苗Pn下降则主要是由叶肉细胞同化能力降低等非气孔因素所致。低温下,嫁接苗通过提高叶绿素的相对含量、气孔开张度、碳同化关键酶活性和基因表达,进而维持了较高的光合能力。4.偏低温胁迫下,黄瓜幼苗叶片PSⅡ反应中心供体侧及受体测电子传递受影响较小;单位面积有活性反应中心的数量(RC/CSo)和以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)在处理期间有所下降,但逆境解除后能迅速恢复,说明PSⅡ的功能没有受到伤害;为了响应碳同化能力的下降,黄瓜叶片单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、捕获的用于还原QA的能量(TRo/RC)及用于电子传递的能量(ETo/RC)都显著下降,同时还增加了热耗散(TRo/RC)以降低过多的激发能对光合机构的伤害。临界低温对黄瓜叶片光合机构的功能造成了不可逆的伤害,其有效利用光能的能力明显下降,首先是PSⅡ供体侧失活,供体侧电子传递受抑;同时由于PSⅡ结构的变化进而造成供体侧库容减小,受体测电子传递也明显受阻。低温胁迫下,嫁接苗PSⅡ反应中心的开放程度明显高于自根苗,并且保证了电子传递链的相对稳定,因此其对光能的利用率较高。5.本研究利用高通量测序技术对临界低温下和常温条件下的嫁接苗与自根苗的m RNA进行测序,获得常温条件下自根苗与嫁接苗的表达谱CO与CG,以及临界低温下自根苗与嫁接苗的表达谱LO与LG。结果表明,在4个表达谱中CG vs CO共有1893个DEGs,包含949个上调基因和944个下调基因;CG v LO有5117个DEGs,包含上调基因2611个和下调基因2506个;LG vs CG有1724个DEGs,包含上调基因962个和下调基因762个;LG vs CO有3119个DEGs,包含上调基因1504个和下调基因1615个;LG vs LO有2737个DEGs,包含上调基因1511个和下调基因1266个;LO vs CO有4786个DEGs,包含上调基因2246个和下调基因2540个。6.对4个文库进行了GO与KEGG的富集,结果表明在LO、CO、LG和CG中存在明显差异的基因与光合作用相关的有46个、与碳同化酶相关的基因有78个;在激素信号途径中,IAA、JA、GA、ETH和SA参与的信号途径比较活跃,分别有47、45、26、49和32个基因。7.该研究中4个文库中共鉴定出转录因子的基因家族涉及69个之多,每个家族的基因个数在1-54之间不等,如AP2-EREBP转录因子基因家族的个数为54个;MYB转录因子基因家族为46个;HB转录因子基因家族为45个;b HLH转录因子基因家族为42个;b ZIP转录因子基因家族为24个;AUX/IAA转录因子基因家族为20个。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S642.2

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本文编号：1318856