钙调节山定子幼苗响应变温胁迫的生理基础及蛋白差异表达研究

发布时间：2019-02-23 10:42

【摘要】：在我国冷凉气候区早春气温变化快、变化幅度大,对早春树体根系恢复生长、萌芽和展叶极为不利,阻滞了生长季初期树体生长发育进程。因此,本研究以山定子(Malus baccata Borkh.)当年生实生苗为试材,根据沈阳地区春季温度变化特点设计温度处理(5℃→20℃→10℃→0℃),通过土施含钙化合物和钙抑制剂,研究山定子根系呼吸代谢、氮代谢、抗氧化酶系、线粒体功能和钙信号转导因子等对大幅度变温的生理响应特点；同时,研究了变温条件下山定子根系和叶片的差异蛋白质表达特性。主要结果如下：1.钙对大幅度变温胁迫下根系碳氮代谢活性的影响：变温过程中,山定子根系活力明显降低。2%CaCl2和CaAc2处理均显著提高了山定子根系活力,而5%CaCl2处理效果与此相反。钙抑制剂处理均进一步抑制了根系活力,以TFP抑制效果最显著。变温过程中,山定子根系总呼吸速率先下降后上升。各含钙溶液处理均提高了升温阶段根系总呼吸速率,但对降温阶段总呼吸速率的影响各异。在降温阶段,仅2%CaCl2处理通过提高三羧酸循环(TCA)和磷酸戊糖途径(PPP)呼吸速率,有效提高了根系总呼吸速率。相反,5% CaCl2处理显著降低了降温阶段根系总呼吸速率。与对照相比,钙抑制剂处理在各温度点对总呼吸速率影响各异,但均在0℃下表现出明显的抑制作用,以LaCl3和TFP抑制效果最显著。变温过程中,根系氮代谢关键酶活性整体呈下降趋势。2% CaCl2处理不同程度的提高了氮代谢关键酶活性,而5%CaCl2处理效果与此相反。CaAc2处理显著提高了20℃和10℃下硝酸还原酶(NR)活性以及20℃和0℃下的谷氨酸脱氢酶(GDH)活性。钙抑制剂处理均进一步抑制了氮代谢关键酶活性,其中EGTA和TFP抑制作用最显著。2.钙对大幅度变温胁迫下根系线粒体功能的影响：变温处理增加了线粒体膜透性(MPT),引起线粒体O2·-产生速率持续上升。1% CaCl2、2% CaCl2和CaAc2处理显著降低了MPT,进而降低了线粒体O2·-产生速率,仅2% CaCl2处理的细胞色素c/a(Cyt c/a)一直高于对照。5% CaCl2处理效果与其他钙溶液处理相反。钙抑制剂处理均进一步降低了线粒体膜电位(△Ψm)和Cyt c/a,除SO处理外均显著提高了线粒体O2-产生速率,增强了线粒体内的氧化胁迫。3.钙对大幅度变温胁迫下根系钙信号相关因子的影响：变温过程中,山定子根系CaM含量持续增加,CaN含量先降低后升高。1% CaCl2处理后不同程度的提高了根系CaM含量,但对CaN含量没有明显影响；2% CaCl2处理提高了降温阶段根系CaM含量；CaAc2处理提高了20℃和10℃根系CaM和CaN含量,降低了0℃下CaM和CaN含量：5% CaCl2处理降低了CaM和CaN含量。钙抑制处理进一步促进了CaM和CaN含量的下降。4.钙对大幅度变温胁迫下根系抗氧化酶活性和膜脂过氧化的影响：变温过程中,根系抗氧化酶活性均显著降低,而1% CaCl2、2% CaCl2和CaAc2处理均不同程度提高了根系SOD、POD、CAT和APX的活性。相反,5%CaCl2处理抑制了根系SOD和POD活性。钙抑制剂处理进一步抑制了抗氧化酶活性,以TFP处理抑制效果最明显。变温处理导致根系H2O2和MDA过量积累。1%CaCl2、2% CaCl2和CaAc2处理后明显降低了根系H2O2和MDA的含量,而5%CaCl2处理效果与此相反。钙抑制剂处理均不同程度的加重了根系膜脂过氧化程度。5.钙对大幅度变温胁迫下叶片功能的影响：变温导致叶片膜完整性、光系统Ⅱ最大量子效率(φP0)、光合性能指数(PIABS)、光系统Ⅱ反应中心密度(RCQA)和用于电子传递的量子效率((φEo)显著下降,光系统Ⅱ供体侧放氧复合体(WK)受到损伤。2% CaCl2处理显著提高了叶片的膜完整性、φP0和PIABS,缓解了0℃下光系统Ⅱ放氧复合体的伤害。6.钙对大幅度变温胁迫下根系和叶片蛋白表达的影响：对照中,与5℃相比,变温后(0℃下)根系中总共检测到339个差异表达蛋白,其中206个上调,133个下调。与对照相比,在20℃下2% CaCl2处理的根系中共检测出72个差异表达蛋白,其中51个上调,21个下调；在0℃下2% CaCl2处理的根系中共检测出997个差异表达蛋白,其中692个上调,305个下调。这些鉴定到的差异蛋白参与的生物学过程主要是细胞过程、代谢过程和应激响应。热休克蛋白和脱水蛋白在整个变温过程中均不同程度上调表达,且2% CaCl2处理进一步促进了热休克蛋白和脱水蛋白的表达。与5℃相比,在0℃下对照叶片中共检测到34个差异表达蛋白,其中10个上调,24个下调。与对照相比,在20℃下2% CaCl2处理的叶片中共检测出9个差异表达蛋白,其中3个上调,6个下调；在0℃下2% CaCl2处理的叶片中共检测出15个差异表达蛋白,其中8个上调,7个下调。这些鉴定到的差异蛋白参与的生物学过程主要是细胞过程、代谢过程、单一生物过程和应激响应。其中,与光合有关的蛋白(如CPO、CP43和D1等)在变温过程中均有所下调。
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【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S661.9
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本文编号：2428742