【摘要】：全世界及中國都有大面積的鹽堿化土地,四川省川中丘陵地區(qū)是堿性土壤的集中分布區(qū),也是四川省中國李(Prunus salicina Lindl.)的主要種植區(qū)。由于土壤pH值較高,此區(qū)李樹普遍出現(xiàn)缺鐵性黃化癥狀,抑制植株生長、引起早期落葉、對果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)造成嚴(yán)重影響,成為本區(qū)李產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要限制因素。李樹主要通過嫁接進(jìn)行繁殖,其耐堿問題的實(shí)質(zhì)就是砧木的耐堿問題。目前,李主要采用毛桃作為其砧木,但毛桃具有耐堿性較差的缺點(diǎn)。而李的另一種同屬砧木榆葉梅,是一種天然的耐鹽堿性植物,在鹽堿土壤[pH為8.8(鹽含量為0.3%)]中能夠生長良好,且與中國李嫁接親和性好。為此,我們采用榆葉梅作為試材進(jìn)行堿脅迫處理,分別對葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化代謝、光合作用特征和基因差異表達(dá)四個方面進(jìn)行了觀測和分析。本研究首次從形態(tài)、生理、分子的角度全面對榆葉梅在單一堿脅迫下的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行探索,并獲得了大量基因序列數(shù)據(jù),極大地豐富了榆葉梅可利用的基因資源,可加深對榆葉梅堿脅迫生理生化和分子響應(yīng)機(jī)制的了解,同時也可為弄清李樹的堿脅迫適應(yīng)機(jī)制提供新的見解和奠定基礎(chǔ)。本研究結(jié)果也將對未來培育耐堿性較強(qiáng)的作物新品種,開發(fā)利用堿化土地等都具有積極而深遠(yuǎn)的意義。本研究得到的主要結(jié)果如下:1、堿脅迫對榆葉梅葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。在堿脅迫處理0 d(對照)、12 d(處理)時,取植株中上部葉片進(jìn)行顯微觀察,結(jié)果表明,與對照葉形態(tài)結(jié)構(gòu)相比,堿脅迫處理后的葉片厚度略微增加,上、下表皮某些大細(xì)胞有所變扁;葉肉結(jié)構(gòu)更為緊密,柵欄組織明顯變厚,其組織細(xì)胞變得細(xì)長;海綿組織細(xì)胞略微變小,其組織結(jié)構(gòu)更為緊湊;葉室空間明顯減小,柵欄組織與海綿組織的厚度比增大;葉片氣孔密度有較大程度的增加,氣孔體積明顯變小,氣孔開張程度減小或處于半關(guān)閉狀態(tài);葉片角質(zhì)層厚度有不同程度的增加�？梢钥闯�,榆葉梅葉片在其組織形態(tài)建成過程中,會根據(jù)土壤條件的變化而改變其建成的方向,形成相適應(yīng)于堿脅迫環(huán)境的顯微結(jié)構(gòu),進(jìn)而提高其抗堿性能力。2、堿脅迫對榆葉梅生理生化代謝的影響。在堿脅迫處理的0 d、3 d、6 d、9 d和12 d這五天分別取樣對10項生理活性指標(biāo)進(jìn)行測定。結(jié)果表明:隨著脅迫的持續(xù)進(jìn)行,葉片相對含水量(Leaf relative water content,LRWC)從82.11%下降到51.24%,葉片相對電導(dǎo)率(Relative electrical conductivity,REC)逐漸增大,脅迫12 d時葉綠素(Chlorophyll,Chl)含量比對照下降了58.05%,丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量在堿脅迫下呈“爬坡型”升高趨勢,脅迫第12 d時丙二醛含量比對照增加了135.39%,可見,隨著堿脅迫時間的延長,榆葉梅葉片細(xì)胞逐漸脫水,葉綠素降解加快,細(xì)胞質(zhì)膜透性逐漸增加;榆葉梅葉片可溶性糖(Soluble sugar content,SSC)積累量顯著增加,可溶性蛋白(Soluble protein content,SPC)含量呈現(xiàn)先升后降的“單峰”變化趨勢,游離脯氨酸(Proline,Pro)含量在堿脅迫下均明顯高于對照,且12 d時達(dá)到對照的4.47倍;榆葉梅通過在體內(nèi)積累這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低細(xì)胞滲透勢,使細(xì)胞能夠保持正常的水分吸收,并穩(wěn)定體內(nèi)生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能。過氧化物酶(Peroxidase,POD)、過氧化氫酶(Catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)三種酶的活性都在堿脅迫下呈現(xiàn)持續(xù)增加的態(tài)勢,增加幅度最大的是POD,其次是CAT和SOD,這些保護(hù)酶活性的增加可減少植物體內(nèi)活性氧的大量積累,從而減緩其對內(nèi)部組織造成的傷害。綜上所述,榆葉梅在堿脅迫下可通過不同生理生化的調(diào)節(jié)來進(jìn)行自我保護(hù)和適應(yīng)。3、堿脅迫對榆葉梅光合作用的影響。于堿脅迫處理第12 d的7:00-19:00,每2 h對對照與堿脅迫處理的榆葉梅植株葉片進(jìn)行光合指標(biāo)測定,結(jié)果表明:對照和處理榆葉梅的凈光合速率(Net photosynthetic rate,P_n)日變化均呈現(xiàn)出明顯的雙峰曲線,處理的P_n日均值比對照降低了33.10%;氣孔導(dǎo)度(Stomatal conductance,G_s)的變化規(guī)律與P_n的日變化基本一致,呈平行變化趨勢;葉片的胞間CO_2濃度(Internal CO_2concentration,C_i)日變化類型與P_n基本相反,整體表現(xiàn)出早上和晚上其濃度較高、中午較低的變化規(guī)律;處理和對照蒸騰速率(Transpiration rate,T_r)的日變化均呈“單峰”型曲線,處理一直低于對照,其峰值明顯降低,且峰出現(xiàn)的時間略提前;水分利用效率(Water use efficiency,WUE)一天內(nèi)處理均高于對照,日均值是對照的1.14倍�？梢钥闯�,榆葉梅在堿脅迫環(huán)境中通過氣孔開放程度控制CO_2出入對光合作用進(jìn)行調(diào)節(jié),在保證不明顯影響光合速率的同時,盡量降低自身蒸騰速率,提高水分利用效率,這是榆葉梅通過光合生理的變化適應(yīng)逆境的一種重要機(jī)制。4、堿脅迫對榆葉梅基因表達(dá)的影響。為了進(jìn)一步了解榆葉梅在短期堿脅迫下的分子響應(yīng)機(jī)制,本研究采用Illumina HiSeq?2500高通量測序技術(shù)對其在0 h、1 h、3h、6 h和12 h堿脅迫下的葉片進(jìn)行了de novo轉(zhuǎn)錄組測序,以此來識別與堿脅迫相關(guān)的差異表達(dá)基因(differentially expressed genes,DEGs)和SSR(simple sequence repeat)標(biāo)記。本研究從5.96千萬條raw reads中獲得了將近5.30千萬條高質(zhì)量clean reads,并經(jīng)過從頭組裝后獲得了124,786條榆葉梅unigenes。在這些unigenes中,總共有8948unigenes被識別作為DEGs�；谶@些DEGs,進(jìn)行基因本體(gene ontology,GO)富集分析發(fā)現(xiàn),其中有28個基因可能在早期堿脅迫響應(yīng)機(jī)制中起著重要的作用;而對這些DEGs進(jìn)行KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析表明,不同堿處理時間下的KEGG途徑(pathways)具有顯著的差異。此外,本研究還檢測得到了14,073個與堿脅迫相關(guān)的具有1-6個核苷酸重復(fù)類型的SSR位點(diǎn)。對7個堿性相關(guān)基因進(jìn)行熒光定量PCR(qRT-PCR)驗證發(fā)現(xiàn),qRT-PCR所得基因的表達(dá)模式基本與RNA-Seq數(shù)據(jù)結(jié)果一致,證實(shí)了RNA-Seq結(jié)果的可靠性。通過轉(zhuǎn)錄組分析可知,榆葉梅在堿脅迫條件下會啟動或加強(qiáng)一些基因的表達(dá),以提高自身對不良環(huán)境的抵抗和適應(yīng)能力,在分子水平對逆境做出響應(yīng)。
【圖文】：

）等（王順才，2011）。植物體內(nèi)眾多器官和組織均能產(chǎn)生ROS（王順才，2011；Jaspers和Kangasj rvi，2010）（如圖1-1），其中葉綠體和線粒體是產(chǎn)生ROS的主要場所。在正常環(huán)境條件下，植物體內(nèi) ROS 的產(chǎn)生與清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)，其含量保

依賴 ABA 這條途徑中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)響應(yīng)鹽脅迫基因中含有 DRE 元件[一段 9 bp 的保守序列（TACCGACAT）]（杜偉，2005）。圖1-2 鹽應(yīng)答的SOS途徑Fig.1-2 SOS Pathway in plants response to salt
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S662.3;S156.4

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本文編號：2651718