本文關鍵詞：模擬大氣CO_2升高對小葉章光合特性的影響及分子機制，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濃度也增長迅速。植物會對大氣中CO2濃度增加做出反應,CO2濃度增加會影響植物生長。小葉章(Deyeuxia angustifolia)是三江平原濕地優(yōu)勢植物,其對CO2濃度升高響應在三江濕地植被系統(tǒng)碳循環(huán)中起到重要作用。本研究通過對三江濕地優(yōu)勢植物小葉章葉片光合特性、解剖結構對高濃度CO2響應,探討高濃度CO2對小葉章光合作用的影響。利用Illumina測序技術對正常生長AC和高CO2濃度處理EC2的小葉章進行轉錄組深度測序,分析了其響應高濃度CO2的轉錄組水平變化,重點分析了參與光合作用中光反應和暗反應基因表達量的變化模式,并探討了這些基因表達量的變化模式在促進小葉章光合能力中起到的作用。獲得如下結果:1.小葉章具有明顯的C4植物解剖特征。高濃度CO2對小葉章幼嫩葉片和成熟葉片的主脈葉片厚度,主側脈間葉片厚度、厚壁組織面積、維管束面積和維管束鞘細胞面積產(chǎn)生不同程度影響。CO2濃度升高,幼嫩葉片的主脈葉片厚度、主側脈間葉片厚度和維管束細胞面積會增加,厚壁組織面積和維管束面積不受CO2直接影響,與主側脈間葉片厚度呈顯著線性正相關關系;成熟葉片的5個解剖結構指標均增加,但是長期處該環(huán)境,5個指標出現(xiàn)不同程度的下降趨勢。2.CO2濃度升高對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的小葉章。小葉章在45天左右表現(xiàn)出了光合適應。高濃度CO2降低小葉章氣孔導度,并且CO2濃度越高,氣孔導度下降的越大,產(chǎn)生顯著差異的時間也越短。CO2濃度升高對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度的變化趨勢較為一致。3.通過de novo組裝,對照組AC(T1)組裝出54,605條Unigenes,處理組EC2(T2)組裝出46,354條Unigenes。通過對兩樣品的Unigenes結果去除冗余,最終得到小葉章的80,215條All-Unigenes。4.與各注釋數(shù)據(jù)庫進行BLASTX比對,完成了Unigene的功能注釋,進而對小葉章轉錄組全局進行了解。結果表明,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GO terms中;有2,484條Unigenes被聚集到了25個COG基因簇中;有9,732條Unigenes被注釋到193個KEGG代謝通路中。5.基因表達量注釋和表達模式比較分析檢測到All-Unigenes中共有73,301條差異表達基因,其中上調(diào)基因為40,527條,下調(diào)基因為32,334條。共有4,569條Unigenes表達量發(fā)生顯著變化,定義為DEGs,其中上調(diào)表達的DEGs有2,778條,下調(diào)表達的DEGs有1,791條。有功能注釋信息的DEGs為4109條,460條沒有比對出結果,可能是小葉章獨有的基因資源。6.對DEGs進行GO和KEGG顯著性富集分析發(fā)現(xiàn):在58個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、膜結合腔體、細胞器要素、核酸結合轉錄因子活性、通道調(diào)節(jié)因子活性、蛋白質結合轉錄因子活性等生物功能,這些基因可能與小葉章響應高濃度CO2關系密切;在富集的105個代謝通路中有1,213個DEGs分布,其中光合作用、光合捕光蛋白和光合碳固定三個途徑在高CO2濃度下被顯著活化,預示它們在高濃度CO2促進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DEGs直接參與光反應和暗反應。VTE3間接對光反應產(chǎn)生影響,推測其表達量的改變會影響參與光合電子傳遞鏈的質體醌含量。它們的表達模式很可能受到CO2濃度升高影響。8.高CO2濃度條件下,光反應系統(tǒng)中色素蛋白復合物表達量上調(diào),表明可能特定的葉綠體膜復合物相對濃度發(fā)生變化,提高了葉綠素含量;OEC表達量下調(diào),表明參與催化水光解反應的OEC含量增加,從而產(chǎn)生更多高能電子,為后續(xù)電子傳遞做好準備;VTE3表達上調(diào),可以催化生成更多質體醌,質體醌含量增加,可以傳遞更多高能電子,為固定CO2的酶促暗反應提供能量;重要的光合固碳關鍵酶表達量之間的協(xié)調(diào)變化,使得小葉章的固碳能力加強,從而對小葉章的光合速率起到促進作用。
【關鍵詞】：CO2濃度升高 小葉章 光合特性 解剖結構 轉錄組
【學位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外主要研究進展14-27
• 1.2.1 小葉章概況14-18
• 1.2.2 CO_2濃度升高對植物的影響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光合碳同化途徑關鍵酶基因研究22-25
• 1.2.5 轉錄組測序在高等植物中的應用25-27
• 1.3 本研究的主要內(nèi)容及技術路線27-29
• 1.3.1 本研究的主要內(nèi)容27
• 1.3.2 本研究的技術路線27-29
• 2 材料與方法29-34
• 2.1 材料采集29
• 2.2 實驗設計29
• 2.3 實驗方法29-34
• 2.3.1 小葉章光合生理指標測定29-30
• 2.3.2 小葉章葉片解剖結構測量30-31
• 2.3.3 小葉章轉錄組測序與分析31-34
• 3 結果與分析34-63
• 3.1 CO_2濃度升高對小葉章光合生理特性的影響34-38
• 3.1.1 凈光合速率對CO_2濃度升高的響應34
• 3.1.2 氣孔導度對CO_2濃度升高的響應34-36
• 3.1.3 蒸騰速率對CO_2濃度升高的響應36-37
• 3.1.4 胞間CO_2濃度對CO_2濃度升高的響應37-38
• 3.2 CO_2濃度升高對小葉章葉片解剖結構的影響38-49
• 3.2.1 小葉章葉片解剖結構觀察38-39
• 3.2.2 CO_2濃度對小葉章葉片解剖結構影響39-49
• 3.3 小葉章響應高濃度CO_2的轉錄組測序與分析49-58
• 3.3.1 RNA樣品制備質量檢測49-50
• 3.3.2 小葉章轉錄組數(shù)據(jù)構建50-56
• 3.3.3 高CO_2濃度影響的小葉章差異表達基因56-58
• 3.4 小葉章光合作用響應高濃度CO_2的分子調(diào)控機理分析58-63
• 3.4.1 影響光反應的差異表達基因分析59-61
• 3.4.2 參與暗反應的差異表達基因分析61-63
• 4 討論63-71
• 4.1 CO_2濃度升高對小葉章光合生理特性的影響63-64
• 4.2 CO_2濃度升高對小葉章葉片解剖結構的影響64-65
• 4.3 小葉章響應高濃度CO_2的轉錄組測序與分析65-66
• 4.3.1 RNA質量檢測65
• 4.3.2 小葉章轉錄組數(shù)據(jù)構建65
• 4.3.3 高CO_2濃度影響的小葉章差異表達基因65-66
• 4.4 小葉章光合作用響應高濃度CO_2的分子調(diào)控機理分析66-71
• 4.4.1 光合色素蛋白復合體基因在小葉章對CO_2濃度升高的響應中發(fā)揮關鍵作用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高濃度CO_2的分子調(diào)控機制69-71
• 5 結論71-73
• 5.1 主要結論71-72
• 5.2 本研究的創(chuàng)新點72
• 5.3 展望72-73
• 致謝73-74
• 參考文獻74-91
• 附錄91-98
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術論文98

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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

2 韋彩妙,林植芳,孔國輝;提高CO_2濃度對兩種亞熱帶樹苗光合作用的影響[J];植物學報;1996年02期

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

本文編號：497732