云杉幼苗生长光调控的生理与分子机制

发布时间：2017-04-05 10:07

  本文关键词：云杉幼苗生长光调控的生理与分子机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光照是植物赖以生长与发育的基本要素。光不仅是光合作用的能量来源,还作为一种信号,能激活光受体,通过信号传递控制基因表达、蛋白质合成及细胞代谢,在植物生理代谢活动中起着十分重要的作用。不同的光照因素也调控植物的生长发育,形成了不同植物种对光照的适应特性。阐明光调控的生理与分子机制对于深入认识光控生长的生物学原理、规律和发展更高效的光控植株生长技术具有重要的理论与实际意义。适当的光照条件管理可以有效延长云杉属等树种的生长,从而提高苗木的生产效率。研究以多个云杉种的种源、家系、无性系为材料,在多种光控对比试验基础上,分析苗木生长、营养、激素、转录组水平的差异表现,以阐明光照因素对苗木的作用机制与效果,优化控制技术,为优良云杉种质苗木的高效繁育提供理论与技术基础。研究结果显示：(1)通过延长光照时间,有效防止了云杉苗早期封顶,延长其生长期。苗木经补光后苗高、地径、新稍长和侧枝数等生长性状指标均显著优于对照,大大缩短了育苗周期。在补光过程中存在遗传与环境的互作效应对苗木生长的影响。如家系与补光的互作效应。(2)补光影响植物的生理活性,从而影响苗木生长发育。通过补光显著促进了赤霉素和生长素积累,从而促进苗木快速生长。补光显著影响矿质元素的积累,尤其是磷含量。(3)补光过程中不同光质对云杉苗生长促进效应不同。光质主要通过影响叶片光合器官的活性和卡尔文本森循环酶的活性或者相关基因表达来改变植物的光合作用。光质能引起PSⅡ和PSⅠ的光吸收不平衡和随后的两个光系统的电子流的不平衡。和红光、复合光相比,远红光和蓝光主要影响光合酶活性,抑制光反应光合电子传递导致净光合速率Pn比复合光要低。蓝光处理还影响赤霉素和光信号转导抑制生长。(4)光诱导绿色植物生长发育模式主要是通过光调节基因表达变化而变化。和蓝光相比,欧洲云杉在红光下具有较高的赤霉素(GAs)水平和较低的生长素(IAA)水平。这可能和转录组测序鉴定的与植物激素信号转导相关的差异基因有关。差异基因在蓝光下广泛的上调。AUXIN-RESISTANT 1(AUX1), AUX/IAA基因,生长素诱导基因和早期生长素响应基因(ARF和SAUR)都在蓝光下上调,可能引起蓝光下云杉具有较高水平的IAA。DELLA和PIF3,负向调节赤霉素信号也在蓝光下上调,这可能与蓝光下GAs水平较红光下低。光质还通过影响次生代谢物影响内源激素。蓝光促进苯丙素生物合成、苯基丙氨酸代谢,黄酮类化合物生物合成和黄酮和黄酮醇生物合成,这些路径中大部分基因在蓝光下上调。这些次生代谢物和植物的防御有关,可能降低植物生长利用的初级代谢物。夜间给云杉补光促进生长素、赤霉素积累,影响矿质元素代谢,补光的有效光谱影响光合器官活性和相关酶活性、内源激素和次生代谢物相关基因表达,从而影响植物的光合效率以调控云杉生长发育。家系、种源遗传分化及其对光照时间改变的表型可塑性共同作用导致云杉不同种源、家系的生长对补光的响应不同,可以通过对比选育出适应补光环境的家系、种源,这让在补光条件下选育苗期速生型优良家系、种源成为一种可能。本研究对认识光调控云杉生长机制和优良种质的高效繁殖具有理论和实践意义。
【关键词】：云杉 补光处理 光质 内源激素 营养元素 转录组
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S791.18
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 树木生长光调控研究进展11-21
• 1.1 光周期控制茎干延长、休眠诱导和抗寒性锻炼11-12
• 1.2 光质和光强也控制茎干伸长12-14
• 1.3 光受体与光形态建成14-15
• 1.4 光受体、生物节律钟和CO-FT调节子的联系15-17
• 1.5 光形态建成过程中的激素调节17-18
• 1.6 光周期控制生长的转录组和蛋白质谱分析18-19
• 1.7 研究假设与拟探讨的主要问题19-21
• 2 青海云杉家系幼苗的生长和矿质元素对补光的响应21-31
• 2.1 试验材料和方法21-23
• 2.1.1 试验材料和试验地点21
• 2.1.2 补光试验设计21-22
• 2.1.3 育苗试验设计22
• 2.1.4 测量方法22
• 2.1.5 数据分析方法22-23
• 2.2 结果分析23-29
• 2.2.1 补光对不同家系生物量的影响23
• 2.2.2 补光对不同家系矿质元素的影响23-24
• 2.2.3 家系与补光的互作效应24
• 2.2.4 家系生物量与矿质元素含量的相关性24-29
• 2.3 小结29-31
• 3 欧洲云杉不同种源苗对补光的生长生理响应31-39
• 3.1 材料与方法31-34
• 3.1.1 试验材料,试验地点和补光光源31
• 3.1.2 苗木培育管理31-32
• 3.1.3 试验设计32-33
• 3.1.4 调查指标33
• 3.1.5 统计分析33-34
• 3.2 结果与分析34-37
• 3.2.1 补光与对照处理下欧洲云杉苗木生长对比34
• 3.2.2 补光与对照处理下欧洲云杉苗木内源激素、多酚类物质含量差异34
• 3.2.3 补光处理下欧洲云杉苗木生长响应34-35
• 3.2.4 补光处理下欧洲云杉苗木内源激素和多酚类物质含量差异35-37
• 3.2.5 补光苗木生长性状与内源激素和多酚类物质含量的相关关系37
• 3.3 小结37-39
• 4 黑云杉不同种源苗的生长对补光光源的响应39-47
• 4.1 材料方法39-41
• 4.1.1 植物材料、试验地点和育苗设施39
• 4.1.2 苗木培育39-40
• 4.1.3 试验设计40-41
• 4.1.4 苗木性状测量41
• 4.1.5 统计分析41
• 4.2 结果分析41-44
• 4.3 小结44-47
• 5 光质对欧洲云杉光合作用与光信号转导及相关基因的影响47-57
• 5.1 材料方法47-50
• 5.1.1 植物材料培育与试验布置47
• 5.1.2 苗木生长生理指标调查47-50
• 5.2 结果与分析50-55
• 5.2.1 光质对苗木苗高、地径和侧枝数生长的影响50
• 5.2.2 光质对叶绿素、可溶性糖、赤霉素含量、光合酶和光合参数的影响50-52
• 5.2.3 光质对荧光参数的影响52-53
• 5.2.5 光质对光合作用及光信号转导相关基因表达的影响53-55
• 5.3 小结55-57
• 6 红、蓝光对欧洲云杉生长和激素代谢调节的转录组研究57-69
• 6.1 材料与方法57-59
• 6.1.1 植物材料培育与试验设计57
• 6.1.2 苗木性状测量57
• 6.1.3 内源激素水平测定57-58
• 6.1.4 生长性状和内源激素统计分析58
• 6.1.5 RNA-seq分析58-59
• 6.2 结果分析59-68
• 6.2.1 光质对苗木生长性状影响59-60
• 6.2.2 光质对苗木内源激素的影响60
• 6.2.3 RNA-seq分析60-68
• 6.3 小结68-69
• 7 讨论69-79
• 8 结论79-81
• 参考文献81-91
• 个人简介91-93
• 导师简介193-95
• 导师间介295-97
• 导师简介397-99
• 致谢99-100
• 附表100-10

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