冷激诱导的小桐子幼苗的耐冷性及其生理机制

发布时间：2017-08-13 04:30

  本文关键词：冷激诱导的小桐子幼苗的耐冷性及其生理机制

  更多相关文章： 小桐子 冷激和恢复 冷胁迫 抗氧化系统 渗透调节物质 脂质组

【摘要】：小桐子(Jatropha curcas L.)属于大戟科(Euphorbiaceae)麻疯树属Jatropha L.)的能源植物,起源于热带和亚热带地区,对低温胁迫比较敏感,是一种冷敏植物。所以低温不仅是影响小桐子代谢、生长、发育、产量和地理分布,甚至存活的主要环境因子,也是限制小桐子产业发展的主要瓶颈。此外,由于小桐子种子具有较高的含油量,被认为是具有生产生物柴油潜能的重要可持续能源植物。因此,寻找提高小桐子耐冷性的方法,以及弄清耐冷性提高的生理机制,具有重要的理论和实际意义。但是,短期冷激是否可提高小桐子幼苗的耐冷性,以及这种耐冷性提高的生理机制,目前仍然没有完全清楚。本论文基于目前的研究进展,以小桐子为实验材料,主要做了下列研究并取得相应的结果：(1)研究了不同种子消毒剂和引发剂对小桐子种子萌发的影响。结果表明,CuSO4消毒不仅效果好,而且可提高种子的发芽率、发芽指数和脂肪酶活性。相反,其它消毒剂则不同程度地削弱了种子的发芽率、发芽指数、脂肪酶活性和幼苗的生长。这些结果说明,CuSO4是一种较好的小桐子种子表面消毒剂。此外,用H2O2和H2S浸种都显著提高小桐子种子的发芽率,并且H2S可能在H2O2信号的下游促进小桐子种子的萌发。(2)研究了不同冷激和恢复时间对小桐子幼苗耐冷性的影响。苗龄为12d的幼苗,经短期冷激(5℃,4 h)和恢复(26℃,4 h)后,可显著提高小桐子幼苗在冷胁迫(1℃,5 d)下的存活率,而没有恢复的4h冷激,不能诱发小桐子幼苗耐冷性的提高。暗示冷激可提高小桐子幼苗的耐冷性,并且冷激后的恢复在耐冷性提高过程中起着关键的作用。(3)研究了短期冷激和恢复以及冷胁迫对小桐子幼苗抗氧化系统活力的影响。结果表明,短期冷激和恢复,显著地提高小桐子幼苗叶片中的抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽还原酶(GR)的活性和对应基因的表达水平,以及抗氧化剂抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)的含量；缓解SOD、APX、CAT、GR和愈创木酚过氧化物酶(GPX)的活性,AsA和GSH的含量,以及还原型抗氧化剂与总抗氧化剂比率[AsA/AsA+脱氢抗坏血酸(DHA), GSH/GSH+氧化型谷胱甘肽(GSSG)]在低温胁迫过程中的下降。说明由抗氧化酶和抗氧化剂组成的抗氧化系统在冷激诱导的小桐子幼苗耐冷性形成中发挥重要作用。(4)研究了短期冷激和恢复以及冷胁迫对小桐子幼苗渗透调节物质的影响。短期冷激和恢复,显著地增加小桐子幼苗叶片中的渗透调节物质脯氨酸(Pro)、甜菜碱(BT)、总可溶性糖(TSS)和海藻糖(TRE)的含量和对应的渗透调节物质合成酶,如吡咯啉5-羧酸合成酶(P5CS)、鸟氨酸-δ-氨基转移酶(OAT)、甜菜碱醛脱氢酶(BADH)和海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)的活性以及相应基因的表达；减少Pro、BT、TSS、TRE在低温胁迫过程中的下降。暗示渗透调节物质在冷激诱导的小桐子幼苗耐冷性形成中扮演着重要的角色。(5)运用液相色谱-电喷雾电离质谱技术(LC-ESI-MS),检测和分析了短期冷激和恢复及长期冷锻炼(12℃,1和2 d)对小桐子幼苗脂质组的影响。结果表明,短期冷激和恢复及长期冷锻炼,诱发9类71种膜脂的适应性变化,主要包括6类[磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰肌醇(PI)、溶血磷脂酰胆碱(lysoPC)和溶血磷脂酰甘油(lysoPG)]45种磷脂,2类[双半乳糖苷二酰甘油(DGDG)和单半乳糖苷二酰甘油(MGDG)]20种糖脂和1类[硫化异鼠李糖苷二酰甘油(SQDG)]6种硫脂；增加总磷脂、PE、PI、磷脂酰肌醇-4-磷酸(PIP)、lysoPC、lysoPG、DGDG和SQDG的相对含量；提高6种PE(36：2-、36：3-、38：3-、38：4-、38：5-和38：6-)、3种PC(34：1-、36：1-和36：4-)、2种PG(34：2-和34：4-)、3种SQDG(32:0、34:2-和34：3-)、34：1-PI、34:5-DGDG和34:2-MGDG的相对水平,膜脂不饱和度,以及减少脂肪酸的链长度。此外,短期冷激和恢复,上调小桐子脂肪酸脱饱和酶基因2 (JcFAD2)、脂肪酸脱饱和酶基因3 (JcFAD3)、脂肪酸脱饱和酶基因5 (JcFAD5)、脂肪酸脱饱和酶基因7(JcFAD7)、脂肪酸脱饱和酶基因6 (JcFAD6)和硬脂酰-酰基载体蛋白脱饱和酶基因3 (JcSAD3)的表达。这些结果说明,短期冷激和恢复及长期冷锻炼可能通过引发膜脂(特别是磷脂)的增加、不饱和度的提高和链长的减少,来保持和重建生物膜的完整性和流动性,这可能是短期冷激和恢复及长期冷锻炼诱导小桐子幼苗耐冷性形成的共同生理基础之一。
【关键词】：小桐子 冷激和恢复 冷胁迫 抗氧化系统 渗透调节物质 脂质组
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S794.9
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-9
• 缩写表9-16
• 第1章 研究背景16-47
• 1.1 冷敏植物的冷害16-24
• 1.1.1 膜相变17-19
• 1.1.2 氧化胁迫19-22
• 1.1.3 渗透胁迫22-23
• 1.1.4 蛋白质变性23
• 1.1.5 Ca~(2+)毒害23-24
• 1.1.6 其它伤害24
• 1.2 冷敏植物的耐冷性24-35
• 1.2.1 低温的感受和信号转导24-28
• 1.2.2 基因表达与耐冷性的获得28-35
• 1.3 小桐子与耐逆性35-38
• 1.4 脂质组与耐逆性38-42
• 1.5 研究问题的提出42
• 1.6 研究内容42-43
• 1.7 研究目标43-44
• 1.8 研究意义和创新44-45
• 1.9 研究技术路线45-47
• 第2章 小桐子种子消毒方法和萌发条件的优化47-65
• 2.1 引言47-48
• 2.2 材料与方法48-52
• 2.2.1 材料48-49
• 2.2.2 种子消毒与萌发49-50
• 2.2.3 污染率、发芽率、发芽指数和脂肪酶活性的测定50
• 2.2.4 种子的引发与萌发50
• 2.2.5 H_2O_2含量的测定50-51
• 2.2.6 L-半胱氨酸脱巯基酶(L-DES)活性的测定51
• 2.2.7 H_2S含量的测定51
• 2.2.8 主要仪器与试剂51-52
• 2.2.9 实验数据统计分析52
• 2.3 实验结果52-61
• 2.3.1 不同消毒剂的消毒效果52-53
• 2.3.2 不同消毒剂的对种子萌发和幼苗生长的影响53-55
• 2.3.3 不同消毒剂对脂酶活性的影响55-56
• 2.3.4 H_2O_2浸种对小桐子种子内源H_2O_2含量和种子萌发的影响56-57
• 2.3.5 H_2O_2和氨氧基乙酸(AOA)浸种对小桐子种子LDES活性和内源H_2S含量的影响57-59
• 2.3.6 AOA和NaHS浸种对小桐子种子萌发的影响59-61
• 2.4 讨论61-65
• 2.4.1 不同消毒剂对种子萌发和幼苗生长的影响61-62
• 2.4.2 不同种子引发剂对种子萌发和幼苗生长的影响62-65
• 第3章 抗氧化系统在冷激诱导的小桐子幼苗耐冷性形成中的作用65-92
• 3.1 引言65-66
• 3.2 材料与方法66-75
• 3.2.1 植物材料的培养与处理66-67
• 3.2.2 存活率的测定67-68
• 3.2.3 抗氧化酶活性的测定68-69
• 3.2.4 水溶性抗氧化剂含量的测定69-70
• 3.2.5 H_2O_2和丙二醛(MDA)含量及电解质渗漏率的测定70-71
• 3.2.6 RNA提取、分离及纯度鉴定71-72
• 3.2.7 cDNA第一条链的合成72
• 3.2.8 引物设计72-73
• 3.2.9 PCR扩增73-74
• 3.2.10 主要仪器与试剂74
• 3.2.11 实验数据统计分析74-75
• 3.3 实验结果75-87
• 3.3.1 冷激对小桐子幼苗耐冷性的影响75-76
• 3.3.2 冷激和冷胁迫对小桐子幼苗抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的影响76-83
• 3.3.3 RNA纯度与含量83
• 3.3.4 冷激和恢复对小桐子幼苗抗氧化酶基因表达的影响83-85
• 3.3.5 冷激和冷胁迫对小桐子幼苗H_2O_2和MDA含量及电解质渗漏的影响85-87
• 3.4 讨论87-92
• 第4章 渗透调节物质在冷激诱导的小桐子幼苗耐冷性形成中的作用92-113
• 4.1 引言92-93
• 4.2 材料与方法93-99
• 4.2.1 植物材料的培养与处理93
• 4.2.2 脯氨酸和甜菜碱含量的测定93-94
• 4.2.3 脯氨酸和甜菜碱代谢酶活性的测定94-95
• 4.2.4 总可溶性糖和海藻糖含量的测定95-96
• 4.2.5 海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)和海藻糖酶活性的测定96
• 4.2.6 RNA提取、分离及纯度鉴定96
• 4.2.7 cDNA第一条链的合成96
• 4.2.8 引物设计96-97
• 4.2.9 PCR扩增97-98
• 4.2.10 主要仪器与试剂98-99
• 4.2.11 实验数据统计分析99
• 4.3 实验结果99-108
• 4.3.1 冷激和冷胁迫对小桐子幼苗脯氨酸含量及其代谢酶活性的影响99-102
• 4.3.2 冷激和冷胁迫对小桐子幼苗甜菜碱含量及其代谢酶活性的影响102-103
• 4.3.3 冷激和冷胁迫对小桐子幼苗可溶性糖含量及其代谢酶活性的影响103-106
• 4.3.4 冷激和恢复过程对小桐子幼苗渗透调节物质代谢酶基因表达的影响106-108
• 4.4 讨论108-113
• 第5章 短期冷激和恢复及长期冷锻炼对小桐子幼苗叶片中脂质组的影响113-161
• 5.1 引言113-116
• 5.2 材料与方法116-121
• 5.2.1 植物材料的培养与处理116-117
• 5.2.2 脂质的提取117
• 5.2.3 脂质组分析117-118
• 5.2.4 RNA提取、分离及纯度鉴定118
• 5.2.5 cDNA第一条链的合成118
• 5.2.6 引物设计118-119
• 5.2.7 PCR扩增119-120
• 5.2.8 主要仪器与试剂120
• 5.2.9 实验数据统计分析120-121
• 5.3 实验结果121-152
• 5.3.1 冷激和恢复及冷锻炼样品的基峰色谱图和总离子流色谱图121-128
• 5.3.2 主成分分析(PCA)128-129
• 5.3.3 偏最小二乘方判别分析(PLS DA)129-132
• 5.3.4 差异脂质组筛选及鉴定132-135
• 5.3.5 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中总磷脂、糖脂和硫脂含量的影响135-136
• 5.3.6 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种磷脂、糖脂和硫脂含量的影响136-137
• 5.3.7 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种磷脂酰胆碱(PC)含量的影响137-139
• 5.3.8 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种磷脂酰乙醇胺(PE)含量的影响139-140
• 5.3.9 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种磷脂酰甘油(PG)含量的影响140-141
• 5.3.10 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种磷脂酰肌醇(PI)含量的影响141-143
• 5.3.11 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种二半乳糖甘油二酯(DGDG)含量的影响143-144
• 5.3.12 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种单半乳糖甘油二酯(MGDG)含量的影响144-146
• 5.3.13 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种硫脂(SQDG)含量的影响146-147
• 5.3.14 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中各种溶血磷脂含量的影响147-148
• 5.3.15 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中脂质饱和度的影响148-150
• 5.3.16 冷激和冷锻炼对小桐子幼苗叶片中脂肪酸链长的影响150-151
• 5.3.17 冷激和恢复过程对小桐子幼苗中膜脂脱饱和酶基因表达的影响151-152
• 5.4 讨论152-161
• 第6章 结论与展望161-164
• 6.1 结论161-162
• 6.2 展望162-164
• 参考文献164-182
• 攻读学位期间发表的论文和研究成果182-184
• 致谢184-185

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 侯智慧;刘菁;侯丽霞;李希东;刘新;;H_2S可能作为H_2O_2的下游信号介导茉莉酸诱导的蚕豆气孔关闭[J];植物学报;2011年04期

2 凌立贞;李唯奇;徐正君;;ESI-MS/MS方法检测拟南芥膜脂分子对机械伤害的响应[J];云南植物研究;2007年06期

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本文编号：665409