【摘要】：甜櫻桃(Prunus avium)隸屬薔薇科(Rosaceae)李屬櫻桃亞屬(Prunus subgenus cerasus),是多年生落葉果樹(shù)。櫻桃因?yàn)樯鲜性缬谄渌环Q(chēng)為“春果第一枝”,果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富,經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,在世界上多個(gè)國(guó)家成為主要的果樹(shù)生產(chǎn)樹(shù)種。由于甜櫻桃經(jīng)濟(jì)效益顯著,櫻桃種植產(chǎn)業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速,成熟的栽植區(qū)域從渤海灣地區(qū)發(fā)展到西北、淮海及西南地區(qū),在種植區(qū)日趨成為重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。櫻桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨著多種產(chǎn)業(yè)障礙因素,其中干旱是影響北方地區(qū)櫻桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要的非生物逆境障礙因素之一。干旱影響櫻桃生長(zhǎng)、生殖和水分、營(yíng)養(yǎng)吸收及轉(zhuǎn)運(yùn),不同種質(zhì)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)不同,抗旱能力存在很大差異。櫻桃砧木種質(zhì)(Prunus subgenus cerasus)表現(xiàn)出抗旱能力差異性,然而有關(guān)抗旱差異性的機(jī)理尚不清楚。因此,本研究利用櫻桃砧木種質(zhì)作為研究對(duì)象,對(duì)比分析抗旱性與敏感性櫻桃種質(zhì)響應(yīng)干旱的生理及分子響應(yīng)的差異,探索其應(yīng)對(duì)干旱的機(jī)理,挖掘抗旱基因,對(duì)于櫻桃的抗旱性改良提供理論依據(jù),篩選并培育抗旱性強(qiáng)的櫻桃種質(zhì)資源對(duì)于我國(guó)大面積的旱地利用具有重要意義。(1)本研究以毛櫻桃(P.tomentosa)、中國(guó)櫻桃‘大青葉’(P.pseudocerasus)、吉塞拉櫻桃‘Gisela 5’及‘Gisela 6’(P.cerasus×P.canescens)、考特櫻桃‘Colt’(P.pseudocerasus×P.avium)、馬哈利櫻桃‘CDR-1’(P.mahaleb)和馬哈利與草原櫻桃雜交種‘CDR-2’(P.mahaleb×P.fruticosa)為研究材料,對(duì)其抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)櫻桃砧木種質(zhì)二年生扦插繁殖苗進(jìn)行盆栽自然干旱處理,測(cè)定櫻桃砧木的干旱響應(yīng)生理生化指標(biāo),包括葉片相對(duì)含水量(RWC)、葉綠素(ChlorophyⅡ)、脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)、過(guò)氧化物酶(SOD)、超氧歧化物酶(POD)和氧化氫酶(CAT)。依據(jù)生理指標(biāo)測(cè)定值,采用隸屬函數(shù)法計(jì)算各砧木的抗旱指數(shù),同時(shí)參考砧木表型的受害程度將7個(gè)砧木的抗旱能力進(jìn)行排序,由強(qiáng)到弱依次為:‘CDR-1’,‘CDR-2’,毛櫻桃,‘Gisela 6’,‘Colt’,‘大青葉’,‘Gisela 5’。(2)通過(guò)測(cè)定7個(gè)砧木在干旱脅迫下光合過(guò)程氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù),主要包括凈光合速率(Pn)、葉片胞間二氧化碳濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(E)、水分利用效率(WUE)、光化學(xué)最大量子效率(Fv/Fm)、實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)和非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ),分析砧木的共性和差異性響應(yīng)特征。發(fā)現(xiàn)在干旱條件下7個(gè)櫻桃砧木光合能力差異較大,在重度干旱條件(SRWC35%-40%)下‘Gisela 5’和毛櫻桃相比其他砧木櫻桃砧木光合能力受抑制程度更深;櫻桃砧木能夠接受的最低土壤含水量應(yīng)該高于SRWC 40%;SRWC 60%-80%的土壤水分條件下櫻桃砧木的光化合效率最高,光合速率和葉片水分利用效率最為理想。從光合指標(biāo)分析結(jié)果來(lái)看,‘Gisela 6’、‘CDR-1’、‘CDR-2’、‘Colt’和‘大青葉’相對(duì)于‘Gisela 5’和毛櫻桃,在重度干旱條件下的調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)。(3)采用對(duì)比分析轉(zhuǎn)錄組和代謝組的方法對(duì)抗旱差異性大的櫻桃種質(zhì)(抗旱性‘CDR-1’和干旱敏感性‘Gisela 5’)進(jìn)行干旱響應(yīng)的相關(guān)基因和代謝物研究。通過(guò)RNA-Seq技術(shù)對(duì)比分析篩選了干旱響應(yīng)差異表達(dá)基因:‘CDR-1’葉片中檢測(cè)到281個(gè)上調(diào)基因和626個(gè)下調(diào)基因,根系中檢測(cè)到84個(gè)上調(diào)基因和1079個(gè)下調(diào)基因;‘Gisela5’葉片中檢測(cè)到79個(gè)上調(diào)基因,400個(gè)下調(diào)基因,根系檢測(cè)到71個(gè)上調(diào)基因和205個(gè)下調(diào)基因。通過(guò)非靶標(biāo)GC-MS檢測(cè)技術(shù)總共篩選到了234個(gè)差異代謝物,其中92個(gè)上調(diào)差異代謝物,14個(gè)為共同上調(diào)差異代謝物,‘CDR-1’上調(diào)特異差異代謝物59個(gè),‘Gisela 5’上調(diào)差異代謝物19個(gè),上調(diào)差異代謝物主要是有機(jī)酸、嘌呤、脂質(zhì)、氨基酸、核苷酸碳水化合物衍生物和生物堿等。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析,發(fā)現(xiàn)碳水化合物代謝、植物激素的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和植物次生代謝產(chǎn)物是與櫻桃砧木干旱響應(yīng)密切相關(guān)的重點(diǎn)調(diào)節(jié)過(guò)程,其中苯丙烷素合成途徑和氰丙氨酸代謝途徑涉及的差異性代謝路徑是導(dǎo)致兩個(gè)砧木抗旱差異性的關(guān)鍵因素:‘CDR-1’在干旱響應(yīng)代謝中發(fā)生“奎尼酸→苯丙氨酸→對(duì)香豆酸”和“奎尼酸→苯丙氨酸→3-氰丙氨酸→天冬酰胺”兩種途徑,而‘Gisela 5’則更傾向“奎尼酸→咖啡酸?綠原酸”和“奎尼酸→苯丙氨酸→3-氰丙氨酸→天冬酰胺”兩種途徑,且奎尼酸、苯丙氨酸、3-氰丙氨酸和天冬酰胺在‘CDR-1’和‘Gisela 5’分別積累了183.0、1.3、4111229.0、7.0倍和1.5、1.2、2.0、2.6倍,表明‘CDR-1’的解氰效率和細(xì)胞保護(hù)性代謝物的合成效率高于‘Gisela 5’,這是造成兩個(gè)砧木抗旱差異性的主要原因。最終將6個(gè)差異代謝物包括奎尼酸、苯丙氨酸、3-氰丙氨酸、天冬酰胺、對(duì)苯醌和植物鞘氨醇確認(rèn)為櫻桃砧木干旱響應(yīng)候選指示代謝物�；跈烟艺枘靖珊淀憫�(yīng)差異基因的GO、KEGG分析和PPI互作網(wǎng)絡(luò)分析,結(jié)合代謝物與基因聯(lián)合分析結(jié)果,挖掘到4個(gè)參與能量代謝基因、3個(gè)泛素連接酶基因和1個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)等17個(gè)核心候選基因,并對(duì)其進(jìn)行了基礎(chǔ)生物信息分析。最后,綜合生理檢測(cè)、轉(zhuǎn)錄組和代謝組的分析結(jié)果,總結(jié)繪制了‘CDR-1’干旱反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)圖。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S662.5
【圖文】：

西北農(nóng)林科技大學(xué)博士學(xué)位論文上升的趨勢(shì)�！瓹olt’和‘大青葉’隨著干旱程度加劇 SOD 含量一直處于下降趨勢(shì)（圖2-2C）。試驗(yàn)測(cè)定了櫻桃砧木在干旱脅迫下的脯氨酸（Pro）含量，‘CDR-1’在重度干旱條件下 Pro 含量顯著增加；‘CDR-2’、‘Colt’和‘大青葉’在輕度干旱條件下 Pro 含量增加，在中度和重度干旱條件下下降；‘Gisela 5’和‘Gisela 6’在輕度干旱條件下上升，在中度和重度干旱條件下下降；毛櫻桃在輕度和中度干旱條件下 Pro 含量上升，在重度干旱條件下含量下降（圖 2-3）。試驗(yàn)測(cè)定了丙二醛（MDA）含量，檢測(cè)各個(gè)砧木葉片細(xì)胞膜在干旱脅迫下的受害程度，7 個(gè)櫻桃砧木的 MDA 含量隨著干旱程度加劇上升，在重度干旱條件下‘CDR-1’和‘CDR-2’的 MDA 含量顯著低于其他砧木（圖 2-4）。a a a

第三章 櫻桃砧木在干旱條件下的光合作用響應(yīng)分析旱 SRWC 45%-50%（中度干旱 SRWC 35%-40%（重度干旱）。字母 a, b, c, d, e, f, g 表示差異顯（p 值 < 0.05）。Note: A, POD content; B, CAT content; C, SOD content. X: SRWC 80% (control), SRWC 55 %-60%drought), SRWC 45%-50% (moderate drought), SRWC 35 %-40% (severe drought). a, b, c, d, emeans significant difference ( p-value < 0.05).a

圖 2-3 櫻桃砧木不同干旱條件下脯氨酸含量的變化趨勢(shì)Fig.2-3 Pattern of proline content of cherry rootstocks under different drought conditions注：橫坐標(biāo)：SRWC 80%（對(duì)照 SRWC55%-60%（輕度干旱 SRWC45%-50%（中度干旱 SRWC35%（重度干旱）。字母 a,b,c,d 表示差異顯著性（p 值<0.05）。Note: X: SRWC 80%(control), SRWC 55%-60% (mild drought), SRWC 45%-50%(moderate droSRWC 35 %-40% (severe drought). a, b, c, d means significant difference (p-value <0.05).a a a a aab b b c bcdc cb bab bc dccdbabd dc d c c

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 韓曉毓;張林森;王俊峰;楊小妮;李喜鳳;胡景江;韓明玉;;不同蘋(píng)果矮化砧木導(dǎo)水特性與水通道蛋白基因表達(dá)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J];西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2015年10期

2 肖蓉;羅慧珍;張小娟;鄧舒;張春芬;任瑩;孟玉平;曹秋芬;聶園軍;;干旱和鹽脅迫條件下棗樹(shù)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶基因(ZjGPX)的差異表達(dá)及功能分析[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年14期

3 郭文芳;劉德春;楊莉;莊霞;張涓涓;王書(shū)勝;劉勇;;柑橘抗逆基因NAC83的克隆與表達(dá)分析[J];園藝學(xué)報(bào);2015年03期

4 郭郁頻;米福貴;閆利軍;任永霞;呂世杰;伏兵哲;;不同早熟禾品種對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)及抗旱性評(píng)價(jià)[J];草業(yè)學(xué)報(bào);2014年04期

5 劉召亮;羅聰;董龍;何新華;艮文全;李麗淑;韋鵬霄;;gg果Rab蛋白基因MiRab11的克隆及表達(dá)分析[J];園藝學(xué)報(bào);2014年07期

6 張廣科;肖培連;侯麗霞;王文杰;馬倩;劉新;;葡萄VvBAP1基因的克隆及表達(dá)特性分析[J];植物生理學(xué)報(bào);2014年06期

7 歐智濤;杜明富;黃桂香;姜新;何新華;玉新愛(ài);龍安四;;5份金柑種質(zhì)實(shí)生苗的抗旱性評(píng)價(jià)[J];中國(guó)南方果樹(shù);2014年03期

8 馬文濤;樊衛(wèi)國(guó);;貴州野生柑橘的抗旱性及其活性氧代謝對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J];果樹(shù)學(xué)報(bào);2014年03期

9 張林森;張海亭;胡景江;權(quán)靜;胥生榮;韓明玉;馬鋒旺;;兩種蘋(píng)果砧木根系水力結(jié)構(gòu)及其PV曲線(xiàn)水分參數(shù)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2013年11期

10 劉春;曹麗敏;周東升;彭晚霞;;干旱、鹽分和溫度脅迫誘導(dǎo)的植物代謝改變[J];生物技術(shù)通報(bào);2013年04期

本文編號(hào)：2805808