發(fā)布時(shí)間：2020-07-05 19:14

【摘要】：黃頂菊[Flaveria bidentis(L.)Kuntze],隸屬于菊科Compositae黃頂菊屬,是C_4雙子葉植物,2001年入侵我國,成為惡性外來雜草。雖然入侵時(shí)間短,但擴(kuò)散迅速,對(duì)入侵地生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的危害。葉綠體基因組和表型可塑性研究作為近年來植物研究的熱點(diǎn),尤其在探討入侵植物的基因組學(xué)和入侵機(jī)制方面具有重要意義。本課題通過研究黃頂菊對(duì)不同程度的鹽處理和遮陰處理下表型可塑性的響應(yīng),觀察在不同生境條件下的生長特性與生理特性等方面的變化;同時(shí)比較入侵地、原產(chǎn)地植物黃頂菊(C_4)和非入侵植物線葉黃頂菊(Flaveria linearis)(C_3-C_4)等葉綠體基因組結(jié)構(gòu)等性狀的變化,從表型(形態(tài)和生理)以及比較基因組學(xué)等2個(gè)層面上探討黃頂菊入侵和適應(yīng)異質(zhì)環(huán)境的機(jī)制,從而為黃頂菊的防控提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:(1)通過高通量測序技術(shù)獲得了黃頂菊屬的入侵植物黃頂菊的原產(chǎn)地(南美洲玻利維亞)和入侵地(河南鄭州)類群以及非入侵植物線葉黃頂菊(特克斯和凱科斯群島)類群的完整葉綠體基因組序列。結(jié)果發(fā)現(xiàn),入侵地黃頂菊葉綠體基因組長度最小,線葉黃頂菊葉綠體基因組長度最大。系統(tǒng)發(fā)育分析的結(jié)果表明,與傳統(tǒng)上將黃頂菊屬劃分為向日葵族不同的是,黃頂菊屬作為一個(gè)單獨(dú)的分支,和向日葵族、澤蘭族構(gòu)成姊妹群,且它們共同構(gòu)成向日葵聯(lián)盟,支持將其作為一個(gè)獨(dú)立族的劃分。(2)原產(chǎn)地和入侵地黃頂菊葉綠體基因組的相似度大于99.99%,大部分差異分布在基因間區(qū),僅發(fā)現(xiàn)了2個(gè)差異的SSRs位點(diǎn)和1個(gè)差異的正向重復(fù)序列位點(diǎn),在葉綠體基因組上沒有發(fā)生明顯的變異分化,表明黃頂菊具有強(qiáng)大的適應(yīng)性。通過對(duì)黃頂菊(C_4)和線葉黃頂菊(C_3-C_4)的葉綠體基因組的比較發(fā)現(xiàn)二者整體相似度為99.20%,其中微衛(wèi)星位點(diǎn)(SSRs)和重復(fù)序列均有明顯差異。2個(gè)物種的葉綠體基因組存在50個(gè)差異基因,其中密碼子存在差異的基因有28個(gè),主要包括8個(gè)轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)基因以及12個(gè)光合作用相關(guān)的基因,這12個(gè)基因可能與黃頂菊的C_4光合途徑有關(guān)。這些差異基因可能與作為C_4植物的黃頂菊能夠快速入侵有關(guān),為甄別黃頂菊葉綠體基因組上與入侵性相關(guān)的基因提供了重要的序列信息,為在基因組水平上揭示其入侵性的分子機(jī)制提供了研究基礎(chǔ)。(3)探討了黃頂菊對(duì)不同程度NaCl處理在表型(包括生理生化和光合特性等)上的響應(yīng),結(jié)果表明,低濃度NaCl(0.1 mol/L)處理時(shí),大多數(shù)的指標(biāo)與對(duì)照組相比變化不顯著;中度濃度NaCl(0.2-0.3mol/L)處理顯著地抑制了黃頂菊的正常生長;高濃度NaCl(0.4-0.5mol/L)處理時(shí)破壞了黃頂菊植株內(nèi)的穩(wěn)態(tài)平衡,嚴(yán)重抑制了黃頂菊的生長。通過公式計(jì)算,黃頂菊的的耐鹽閾值為317.03mmol/L,高出金盞菊100mmol/L的耐鹽閾值,致死濃度為400-500 mmol/L,黃頂菊的各項(xiàng)指標(biāo)的表型可塑性指數(shù)變化范圍為0.17-0.89,其中表型指數(shù)較高的為形態(tài)、生物量、酶活和氣體交換參數(shù)指標(biāo),說明黃頂菊主要通過調(diào)節(jié)自身生長、酶活和光合作用來適應(yīng)鹽處理。綜上,黃頂菊具有相當(dāng)強(qiáng)的耐鹽能力。(4)在遮陰處理下,50%遮陰對(duì)黃頂菊各項(xiàng)指標(biāo)的影響不顯著;75%遮陰顯著抑制了其生長,但黃頂菊幼苗在實(shí)驗(yàn)后期可能適應(yīng)了此程度的遮陰;90%遮陰雖然嚴(yán)重抑制了黃頂菊的生長,但其依然可以進(jìn)行光合作用。黃頂菊沒有出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象,隨著遮陰程度的增加,黃頂菊的光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)也隨之降低,但表觀量子效率(AQE)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,和對(duì)照組相比差異顯著(P0.05)。不同遮陰處理對(duì)黃頂菊的各項(xiàng)指標(biāo)的表型可塑性指標(biāo)的變化范圍為0.27-0.98,其中形態(tài)學(xué)、生物量、光合色素、酶活和光合指標(biāo)均大于0.58。表明黃頂菊主要通過調(diào)節(jié)自身的生長、生物量、光合色素含量和光合作用特征的變化來適應(yīng)不同遮陰處理。結(jié)果表明,黃頂菊具有非常強(qiáng)的耐陰性。(5)通過對(duì)黃頂菊在不同鹽處理和遮陰處理的響應(yīng)研究發(fā)現(xiàn),黃頂菊具有很高的表型可塑性,其可以通過改變植株大小、生物量分配、改變?nèi)~綠素含量并影響光合速率和熒光參數(shù)、增強(qiáng)自身酶活等生理生化變化來抵抗逆境,從而適應(yīng)環(huán)境。靈活的資源分配策略使其在逆境和脅迫環(huán)境下也能維持必要的生長,具有強(qiáng)大的耐受性,擴(kuò)寬了黃頂菊的生態(tài)幅;從而增強(qiáng)了黃頂菊的競爭能力和入侵能力,具有很強(qiáng)的“內(nèi)稟優(yōu)勢”,這可能是黃頂菊能夠快速適應(yīng)異質(zhì)生境和成功入侵的重要機(jī)制之一。同時(shí)通過比較入侵植物黃頂菊(C_4)和非入侵植物線葉黃頂菊(C_3-C_4)的葉綠體基因組序列,發(fā)現(xiàn)它們的差異基因多數(shù)與光合作用相關(guān),推測黃頂菊能夠快速入侵與其作為C_4植物有關(guān)。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S451
【圖文】：

征或內(nèi)在優(yōu)勢，如“內(nèi)稟優(yōu)勢假說”(inherent superiority hypothesis)[46]；（2）入侵種與土著種間相互作用：如“增強(qiáng)競爭力進(jìn)化假說”（evolution of increasedcompetitive ability hypothesis，EICA）等[47]；（3）新棲息地環(huán)境的可侵入性，如“多樣性阻抗假說”(biotic resistance hypothesis)[48]、“空生態(tài)位假說”(emptyniche hypothesis)[49]等。這些理論假說分別能解釋部分入侵案例，但大多數(shù)入侵過程可能需要多種理論假說共同解釋，詳見圖 1.1[50]。本研究主要從黃頂菊自身的生物特征出發(fā)，進(jìn)而對(duì)黃頂菊進(jìn)行研究。

圖 2.1 C1、C2 和 C3 接口 PCR 擴(kuò)增電泳圖L2000；1-8：C1 擴(kuò)增圖；9-16：C2 擴(kuò)增圖；17-2re 2.1 The electrophoresis map of C1,C2 and C3 int圖 2.2 C4 接口 PCR 擴(kuò)增電泳圖M：maker DL2000；1-8：C4 擴(kuò)增圖Figure 2.1 The electrophoresis map of C4 interface

圖 2.2 C4 接口 PCR 擴(kuò)增電泳圖M：maker DL2000；1-8：C4 擴(kuò)增圖Figure 2.1 The electrophoresis map of C4 interface綠體基因組的基本特征黃頂菊 B 和黃頂菊 C 葉綠體基因組全長分251bp，包含長單拷貝區(qū)(LSC)，短單拷貝區(qū)(中線葉黃頂菊，黃頂菊 B 和黃頂菊 C 的p和 83,817bp；SSC長度分別為 18,382bp、18,菊 C 的 IR 區(qū)長度均為 25,035bp，線葉黃頂 C 完整葉綠體基因組序列已提交 NCBI，登，黃頂菊 C 和黃定菊 B 葉綠體基因組整體相有一個(gè)堿基的錯(cuò)配，缺少的 21 個(gè)堿基分別

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本文編號(hào)：2743018