金莲花幼苗对涝渍胁迫及后续排水的生理和分子响应

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中文摘要：全球气候变化显著影响世界上许多地区的降水模式。由于极端降雨事件，常常导致许多地区处于涝渍状态。涝渍灾害已成为威胁世界各地植物生长发育的重大自然灾害之一。因此，了解植物对涝渍胁迫的响应机制对于选育耐涝品种、开发耐涝栽培技术至关重要。金莲花(TrolliuschinensisBunge.）是我国重要的药用及观赏植物之一，有较高的经济价值。然而，有关于金莲花在涝渍胁迫下的研究还未见报道。本研究以金莲花幼苗为研究对象，研究涝渍胁迫下不同胁迫时期以及解除胁迫后其生理生化指标以及基因表达的响应，初步探讨金莲花幼苗响应涝渍胁迫的机制。主要研究结果如下: （1）涝渍胁迫下，金莲花根系生长生理特性受到影响，形态生长参数以及根系活力显著降低，而根系活性氧（ROS）、脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、可溶性蛋白（SP）含量有所上升，WF处理根系上升趋势比WL处理根系上升更显著。糖酵解相关无氧呼吸酶活性,如乙醇脱氢酶（ADH）、丙酮酸脱羧酶（PDC）随着涝渍强度增强及时间的延长，其活性明显上升，说明涝渍胁迫下糖酵解起着关键的调控作用。在解除胁迫排水后，除WL处理根系丙二醛（MDA）恢复至对照组（CK）水平，WL、WF处理其余根系生理指标未完全恢复至CK水平。金莲花叶片的光合作用受到了抑制，但WL处理的光合气体交换参数相对于WF处理受到的影响较小，且叶片叶绿素（Chl）含量都有所下降，而金莲花叶片的ROS含量以及叶片Pro、SS、SP含量均有所上升。WL、WF处理的金莲花叶片相关酶活性显示，在涝渍胁迫下，与CK相比时，金莲花叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、谷胱甘肽还原酶（GR）酶活性呈上升趋势，还原型抗坏血酸（AsA）、还原型谷胱甘肽（GSH）含量也呈上升的趋势，脱落酸（ABA）含量也有所增加，WF处理下生理生化指标上升趋势比WL处理下更显著。在解除胁迫排水后，WL处理的叶片相对含水量（RWC）、胞间C02浓度（Ci）、POD活性、Pro含量、SS含量、AsA含量以及抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性均恢复至CK水平，而WF处理下仅叶片Pro含量、SS含量、AsA含量和APX活性恢复至CK水平。WL、WF处理下金莲花叶片通过提高ROS含量以及抗氧化系统等，维持了植株体内之间氧化还原体系的平衡，减缓了涝渍胁迫对金莲花生长的抑制。（2）转录组测序得到1182个差异表达基因（DEGs）,其中上调DEGs有307个，下调DEGs有875个。DEGs的GO富集分析发现，在生物过程方面，它们主要被注释到光合作用、能量的生成、光合作用和光反应方面;细胞成分上，主要富集在色素体、葡萄球体、叶绿体部分;在分子功能上，主要分布在叶绿素结合。DEGs的KEGG富集分析发现，主要在光合作用、光合-天线蛋白、代谢等过程。将本试验结果通过PlantTFDB数据库进行比对，共筛选出397个转录因子。其中，在涝渍胁迫下有12个转录因子表现出差异变化。富集最多的是FAR1转录因子家族，其次是bHLH、C3H、AP2/ERF、NAC、WRKY和MYB转录因子家族等。本研究从根系生长生理，叶片光合生理、渗透调节及氧化应激等多个角度，系统探索金莲花幼苗响应涝渍胁迫的生理及分子机制。金莲花是一个耐涝物种，涝渍胁迫诱发其抗氧化、光合作用和渗透调节等生理和转录组水平的变化。本研究提供了可用于金莲花抗涝育种的候选基因。

作者：

陈静

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关键词：

金莲花涝渍胁迫转录组生长生理特性差异基因表达生长发育

授予学位：

硕士

学科专业：

风景园林

导师：

张璐；谭巍

学位年度：

2023

学位授予单位：

东北农业大学

语种：

中文

中图分类号：