發(fā)布時(shí)間：2017-06-29 11:22

  本文關(guān)鍵詞：模擬大氣CO_2升高對(duì)小葉章光合特性的影響及分子機(jī)制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來全球氣候變暖,大氣中CO2濃度也增長(zhǎng)迅速。植物會(huì)對(duì)大氣中CO2濃度增加做出反應(yīng),CO2濃度增加會(huì)影響植物生長(zhǎng)。小葉章(Deyeuxia angustifolia)是三江平原濕地優(yōu)勢(shì)植物,其對(duì)CO2濃度升高響應(yīng)在三江濕地植被系統(tǒng)碳循環(huán)中起到重要作用。本研究通過對(duì)三江濕地優(yōu)勢(shì)植物小葉章葉片光合特性、解剖結(jié)構(gòu)對(duì)高濃度CO2響應(yīng),探討高濃度CO2對(duì)小葉章光合作用的影響。利用Illumina測(cè)序技術(shù)對(duì)正常生長(zhǎng)AC和高CO2濃度處理EC2的小葉章進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組深度測(cè)序,分析了其響應(yīng)高濃度CO2的轉(zhuǎn)錄組水平變化,重點(diǎn)分析了參與光合作用中光反應(yīng)和暗反應(yīng)基因表達(dá)量的變化模式,并探討了這些基因表達(dá)量的變化模式在促進(jìn)小葉章光合能力中起到的作用。獲得如下結(jié)果:1.小葉章具有明顯的C4植物解剖特征。高濃度CO2對(duì)小葉章幼嫩葉片和成熟葉片的主脈葉片厚度,主側(cè)脈間葉片厚度、厚壁組織面積、維管束面積和維管束鞘細(xì)胞面積產(chǎn)生不同程度影響。CO2濃度升高,幼嫩葉片的主脈葉片厚度、主側(cè)脈間葉片厚度和維管束細(xì)胞面積會(huì)增加,厚壁組織面積和維管束面積不受CO2直接影響,與主側(cè)脈間葉片厚度呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系;成熟葉片的5個(gè)解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)均增加,但是長(zhǎng)期處該環(huán)境,5個(gè)指標(biāo)出現(xiàn)不同程度的下降趨勢(shì)。2.CO2濃度升高對(duì)小葉章光合能力有明顯影響。短期內(nèi),隨著CO2濃度升高小葉章的凈光合速率增大;長(zhǎng)期處于高CO2濃度中,小葉章其光合速率下降,甚至低于了正常條件生長(zhǎng)的小葉章。小葉章在45天左右表現(xiàn)出了光合適應(yīng)。高濃度CO2降低小葉章氣孔導(dǎo)度,并且CO2濃度越高,氣孔導(dǎo)度下降的越大,產(chǎn)生顯著差異的時(shí)間也越短。CO2濃度升高對(duì)小葉章蒸騰速率也產(chǎn)生顯著影響,并且蒸騰速率與氣孔導(dǎo)度的變化趨勢(shì)較為一致。3.通過de novo組裝,對(duì)照組AC(T1)組裝出54,605條Unigenes,處理組EC2(T2)組裝出46,354條Unigenes。通過對(duì)兩樣品的Unigenes結(jié)果去除冗余,最終得到小葉章的80,215條All-Unigenes。4.與各注釋數(shù)據(jù)庫進(jìn)行BLASTX比對(duì),完成了Unigene的功能注釋,進(jìn)而對(duì)小葉章轉(zhuǎn)錄組全局進(jìn)行了解。結(jié)果表明,在80,215條All-Unigenes中,有49,094條獲得基因注釋。其中,有39,747條Unigenes被歸類到61個(gè)GO terms中;有2,484條Unigenes被聚集到了25個(gè)COG基因簇中;有9,732條Unigenes被注釋到193個(gè)KEGG代謝通路中。5.基因表達(dá)量注釋和表達(dá)模式比較分析檢測(cè)到All-Unigenes中共有73,301條差異表達(dá)基因,其中上調(diào)基因?yàn)?0,527條,下調(diào)基因?yàn)?2,334條。共有4,569條Unigenes表達(dá)量發(fā)生顯著變化,定義為DEGs,其中上調(diào)表達(dá)的DEGs有2,778條,下調(diào)表達(dá)的DEGs有1,791條。有功能注釋信息的DEGs為4109條,460條沒有比對(duì)出結(jié)果,可能是小葉章獨(dú)有的基因資源。6.對(duì)DEGs進(jìn)行GO和KEGG顯著性富集分析發(fā)現(xiàn):在58個(gè)GO terms中有3,741條DEGs分布,發(fā)現(xiàn)富集DEGs最多的GO terms為翻譯調(diào)控因子活性、膜結(jié)合腔體、細(xì)胞器要素、核酸結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子活性、通道調(diào)節(jié)因子活性、蛋白質(zhì)結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子活性等生物功能,這些基因可能與小葉章響應(yīng)高濃度CO2關(guān)系密切;在富集的105個(gè)代謝通路中有1,213個(gè)DEGs分布,其中光合作用、光合捕光蛋白和光合碳固定三個(gè)途徑在高CO2濃度下被顯著活化,預(yù)示它們?cè)诟邼舛菴O2促進(jìn)小葉章光合作用中起到?jīng)Q定性作用。7.被注釋到信息的Unigenes中,分別有86、34和125條Unigenes被注釋為光合、捕光蛋白、光合碳同化基因,其中有62個(gè)DEGs直接參與光反應(yīng)和暗反應(yīng)。VTE3間接對(duì)光反應(yīng)產(chǎn)生影響,推測(cè)其表達(dá)量的改變會(huì)影響參與光合電子傳遞鏈的質(zhì)體醌含量。它們的表達(dá)模式很可能受到CO2濃度升高影響。8.高CO2濃度條件下,光反應(yīng)系統(tǒng)中色素蛋白復(fù)合物表達(dá)量上調(diào),表明可能特定的葉綠體膜復(fù)合物相對(duì)濃度發(fā)生變化,提高了葉綠素含量;OEC表達(dá)量下調(diào),表明參與催化水光解反應(yīng)的OEC含量增加,從而產(chǎn)生更多高能電子,為后續(xù)電子傳遞做好準(zhǔn)備;VTE3表達(dá)上調(diào),可以催化生成更多質(zhì)體醌,質(zhì)體醌含量增加,可以傳遞更多高能電子,為固定CO2的酶促暗反應(yīng)提供能量;重要的光合固碳關(guān)鍵酶表達(dá)量之間的協(xié)調(diào)變化,使得小葉章的固碳能力加強(qiáng),從而對(duì)小葉章的光合速率起到促進(jìn)作用。
【關(guān)鍵詞】：CO2濃度升高 小葉章 光合特性 解剖結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)錄組
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q945.11
【目錄】：

• 摘要8-10
• 英文摘要10-13
• 1 前言13-29
• 1.1 研究的目的意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外主要研究進(jìn)展14-27
• 1.2.1 小葉章概況14-18
• 1.2.2 CO_2濃度升高對(duì)植物的影響18-21
• 1.2.3 C_3、C_4植物光合碳同化途徑研究21-22
• 1.2.4 C_3、C_4光合碳同化途徑關(guān)鍵酶基因研究22-25
• 1.2.5 轉(zhuǎn)錄組測(cè)序在高等植物中的應(yīng)用25-27
• 1.3 本研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線27-29
• 1.3.1 本研究的主要內(nèi)容27
• 1.3.2 本研究的技術(shù)路線27-29
• 2 材料與方法29-34
• 2.1 材料采集29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法29-34
• 2.3.1 小葉章光合生理指標(biāo)測(cè)定29-30
• 2.3.2 小葉章葉片解剖結(jié)構(gòu)測(cè)量30-31
• 2.3.3 小葉章轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與分析31-34
• 3 結(jié)果與分析34-63
• 3.1 CO_2濃度升高對(duì)小葉章光合生理特性的影響34-38
• 3.1.1 凈光合速率對(duì)CO_2濃度升高的響應(yīng)34
• 3.1.2 氣孔導(dǎo)度對(duì)CO_2濃度升高的響應(yīng)34-36
• 3.1.3 蒸騰速率對(duì)CO_2濃度升高的響應(yīng)36-37
• 3.1.4 胞間CO_2濃度對(duì)CO_2濃度升高的響應(yīng)37-38
• 3.2 CO_2濃度升高對(duì)小葉章葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響38-49
• 3.2.1 小葉章葉片解剖結(jié)構(gòu)觀察38-39
• 3.2.2 CO_2濃度對(duì)小葉章葉片解剖結(jié)構(gòu)影響39-49
• 3.3 小葉章響應(yīng)高濃度CO_2的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與分析49-58
• 3.3.1 RNA樣品制備質(zhì)量檢測(cè)49-50
• 3.3.2 小葉章轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建50-56
• 3.3.3 高CO_2濃度影響的小葉章差異表達(dá)基因56-58
• 3.4 小葉章光合作用響應(yīng)高濃度CO_2的分子調(diào)控機(jī)理分析58-63
• 3.4.1 影響光反應(yīng)的差異表達(dá)基因分析59-61
• 3.4.2 參與暗反應(yīng)的差異表達(dá)基因分析61-63
• 4 討論63-71
• 4.1 CO_2濃度升高對(duì)小葉章光合生理特性的影響63-64
• 4.2 CO_2濃度升高對(duì)小葉章葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響64-65
• 4.3 小葉章響應(yīng)高濃度CO_2的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與分析65-66
• 4.3.1 RNA質(zhì)量檢測(cè)65
• 4.3.2 小葉章轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)構(gòu)建65
• 4.3.3 高CO_2濃度影響的小葉章差異表達(dá)基因65-66
• 4.4 小葉章光合作用響應(yīng)高濃度CO_2的分子調(diào)控機(jī)理分析66-71
• 4.4.1 光合色素蛋白復(fù)合體基因在小葉章對(duì)CO_2濃度升高的響應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用66-67
• 4.4.2 CO_2濃度升高使得中間電子傳遞鏈為小葉章暗反應(yīng)提供更多能量67-68
• 4.4.3 固碳光合酶是提高小葉章光合能力的重要因素68-69
• 4.4.4 小葉章光合作用響應(yīng)高濃度CO_2的分子調(diào)控機(jī)制69-71
• 5 結(jié)論71-73
• 5.1 主要結(jié)論71-72
• 5.2 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)72
• 5.3 展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻(xiàn)74-91
• 附錄91-98
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 蔣德安,陸慶,翁曉燕,鄭炳松,奚海福;水稻光合關(guān)鍵酶類在光合日變化中的作用(英文)[J];作物學(xué)報(bào);2001年03期

2 韋彩妙,林植芳,孔國(guó)輝;提高CO_2濃度對(duì)兩種亞熱帶樹苗光合作用的影響[J];植物學(xué)報(bào);1996年02期

  本文關(guān)鍵詞：模擬大氣CO_2升高對(duì)小葉章光合特性的影響及分子機(jī)制，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：497732