在我國西北地區(qū),受低溫影響,深冬及早春季節(jié),日光溫室采光時間僅7小時左右。光照時間短是影響溫室作物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的重要因素。溫室補光已成為提高日光溫室園藝作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要途徑。然而,我國溫室補光應(yīng)用研究還處于起步階段,尚缺乏補光對作物影響的系統(tǒng)研究。有關(guān)光強及光質(zhì)對作物生長發(fā)育的研究較多,鮮有不同補光時長對作物生長發(fā)育影響的研究。試驗以辣椒為試材,采用LED補光,以模擬每天照光7h為對照(CK),研究補光時長(照光7h+補光1 h(T1),7h+補光3 h(T2),7h+補光5 h(T3))對辣椒幼苗生長生理和轉(zhuǎn)錄組差異基因表達(dá)的影響,揭示不同補光時長影響辣椒生長生理的分子機制。主要取得以下研究結(jié)果:1、每天照光7小時后,補光1h、3h和5h均能顯著提高辣椒幼苗干物質(zhì)的積累。補光3h和5h可顯著提高辣椒幼苗的株高、根表面積、根投影面積和根體積。與補光1h和5h相比,補光3h可顯著提高幼苗總根長和根尖數(shù)。補光1h和3h能顯著促進辣椒幼苗葉片形態(tài)發(fā)育。與補光3h較5h相比,補光5h的幼苗葉面積顯著小于補光3h處理。補光3h和5h較補光1h及CK相比,可顯著提高葉綠素a含量。補光5h的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度均顯著低于補光3h。2、葉綠體超微結(jié)構(gòu)表明,補光3h的葉肉細(xì)胞中葉綠體數(shù)目增加,葉綠體形態(tài)以橢球形為主,緊貼著葉肉細(xì)胞膜分布,葉綠體之間緊密分布但沒有重疊,葉綠體基粒片層堆垛緊密,可見明顯的淀粉體積累,葉綠體數(shù)目明顯增多,光合能力較強。補光3h處理下幼苗葉片的光系統(tǒng)Ⅱ最大量子效率(Fv/Fm)、實際量子產(chǎn)量(ΦpsⅡ)均顯著高于補光5h,較補光5h和CK相比,補光3h的調(diào)節(jié)性能量耗散(Y(Ⅱ))顯著低于補光5h和CK。3、RNA-Seq測序表明,T1和CK之間有124個差異基因,其中82個基因顯著上調(diào),42個基因顯著下調(diào);T2與CK差異基因1283個,其中顯著上調(diào)705個,顯著下調(diào)578個;T3與CK差異基因1091個,顯著上調(diào)553個,顯著下調(diào)538個。4、T2與T3相比,顯著上調(diào)347個基因,顯著下調(diào)590個基因。GO注釋分析表明,這些異基因顯著富集在15個GO term中,其中包括木葡糖基轉(zhuǎn)移酶活性(xyloglucosyl transferase activity),載脂蛋白(apoplastic),細(xì)胞多糖代謝(cellular polysaccharide metabolic)與細(xì)胞碳水化合物代謝過程(Cellular carbohydrate metabolic process)和植物的光反應(yīng)密切相關(guān)。CPRF2,Paggis,HLIPS,GIGANTEA,LSH1和FTSH等與植物光反應(yīng)有關(guān)的基因,在不同的處理中表達(dá)均有顯著差異。5、KEGG Pathway富集分析表明,T2 vs.CK(P0.05)比較組中,有19個基因顯著富集在植物病原互作(Plant-pathogen interaction),9個基因顯著富集在玉米素生物合成(Zeatin biosynthesis),24個基因顯著富集在植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(Plant hormone signal transduction)等代謝途徑中。T2 vs.T3(P0.05)比較組中,有20個基因顯著富集在植物病原互作(Plant-pathogen interaction),5個基因顯著富集在倍半萜和三萜生物合成(Sesquiterpenoid and triterpenoid biosynthesis),6個基因顯著富集在玉米素生物合成(Zeatin biosynthesis),4個基因顯著富集在類黃酮生物合成(Flavonoid biosynthesis)等代謝途徑中。6、蛋白質(zhì)定量分析對照組與T1、T2和T3處理組的DEGs,發(fā)現(xiàn)Csp41b,PGM,ASP1,CAP家族,CHLM,MPEC等基因(蛋白)在不同處理幼苗葉片中的表達(dá)差異明顯,且在蛋白和基因?qū)用姹磉_(dá)趨勢一致,相關(guān)性也較高。
【學(xué)位單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S641.3
【部分圖文】：

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆博士學(xué)位論文第二章 不同補光時長對辣椒幼苗生長指標(biāo)的影響2.1 材料與方法2.1.1 試驗場地本試驗在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院人工氣候室及蔬菜學(xué)生理實驗室中進行。2.1.2 試驗材料以“隴椒 5 號”為試驗材料，種子購自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種子市場。試驗光源為全光譜白光 LED 燈（如圖 1 a）和紅藍(lán)比為 8R:2B 的 LED 燈（如圖 1b），均購自深圳泛科科技有限公司。a b

葉綠體的長軸和細(xì)胞壁大致平行。柵欄組織由一層柱狀細(xì)胞組成且細(xì)胞排列緊密，葉綠體可見雙層膜結(jié)構(gòu)（圖7 d）,使用透射電子顯微鏡對各處理辣椒葉片組織細(xì)胞進行觀察（圖 7），對照植株中（圖 7a-d）,葉片細(xì)胞葉綠體基粒片層結(jié)構(gòu)稍模糊，單個細(xì)胞中葉綠體分布不規(guī)則且在細(xì)胞中分布較少，排列松散，細(xì)胞間隙大，葉綠體的形狀主要呈現(xiàn)半圓形分布于細(xì)胞壁上（圖 7，a），在對照辣椒葉片的組織中未見明顯淀粉體積累。CKT1T2T3圖 7. 辣椒葉片細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)Figure 7. Ultrastructure of chloroplast in pepper leaves

圖 12. 處理間差異基因表達(dá)結(jié)果分析圖Figure 12. Differentially expressed genes between treatments5.3.3 不同處理組中 DEGS 的 GO 分析GeneOntology（簡稱 GO,http://www.geneontology.org/）是基因功能國際標(biāo)準(zhǔn)分類體系。GO Term 為分子功能，生物過程和細(xì)胞組成三個大類�；蚧虻鞍踪|(zhì)可以通過 ID 對應(yīng)或者序列注釋的方法找到與之對應(yīng)的 GOTerm，反映不同的生物學(xué)功能。得到差異表達(dá)基因后，富集分析闡明本研究樣本差異在基因功能上的體現(xiàn)。由于 T2 組對植物生長和生理指標(biāo)的影響最為顯著，分析了來自于 CKvs.T2 組的 356 的基因，DEGs 顯著富集在 15 個 GOTerm 上。分子功能主要富集在以下 6 個途徑：木葡聚糖轉(zhuǎn)葡糖苷酶活性（xyloglucan:xyloglucosyltransferaseactivity, go:0016762）、水解酶活性（hydrolaseactivity,actingonglcosylbonds,GO:0016798）、核酸結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子活性（nucleicacidbindingtranscriptionfactoractivity,GO:0001071）、轉(zhuǎn)錄因子活性、序列特異性 DNA 結(jié)合（transcriptionfactoractivity,sequence-specific DNA binding, GO:0003700）、轉(zhuǎn)移己糖基酶活性（transferase activity, transferring

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本文編號：2816973