本文關(guān)鍵詞：基于代謝組學(xué)的中華羊茅-內(nèi)生真菌共生體響應(yīng)低溫脅迫的生化機(jī)制

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【摘要】：極端溫度、干旱、鹽堿、病原菌等嚴(yán)重影響植物生產(chǎn)力,中華羊茅(Festuca sinensis)是一種內(nèi)生真菌侵染率高的多年生草本植物,具有適口性好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、抗寒、抗旱、發(fā)病率低等優(yōu)勢(shì)。本研究以甘肅夏河、青海玉樹(shù)和海北三種生態(tài)型中華羊茅為試驗(yàn)材料,在低溫脅迫下,探討Epichloe或外源鈣對(duì)內(nèi)生真菌生物堿、代謝譜和糖代謝的影響；分離Epichloe并粗提其代謝產(chǎn)物,測(cè)定生物活性。本文的主要研究結(jié)果如下：1.利用高效液相色譜(HPLC)測(cè)定麥角堿含量,結(jié)果表明麥角酰胺、麥角新堿和總麥角堿含量在短期(7 d)低溫脅迫(5℃、10℃)的三種生態(tài)型之間存在顯著性差異(P0.05)；在5℃時(shí)帶菌植株(E+)中麥角酰胺、麥角新堿和總麥角堿含量顯著高于正常溫度下的植株(P0.05)�；跉赓|(zhì)聯(lián)用(GC-MS)的代謝數(shù)據(jù),采用主成分分析(PCA)的載荷圖表明,一些含氮化合物、酸、糖、醇和未知化合物等24種為分類(lèi)貢獻(xiàn)最大的標(biāo)志性代謝物,其含量普遍為E+植株中高于E-植株,三種生態(tài)型在不同溫度環(huán)境下代謝譜存在差異性。通過(guò)聚類(lèi)分析,分為三類(lèi)樣品：正常溫度下的樣品、低溫處理后E+樣品和低溫處理后不帶菌植株(E-)樣品；不同代謝產(chǎn)物分為兩組,一組僅包含8種化合物,另一組包含109種化合物,又劃分為三類(lèi)。研究結(jié)果顯示,許多代謝產(chǎn)物的變化與植物抗寒性關(guān)系密切,為從代謝組學(xué)角度篩選抗寒性禾草類(lèi)牧草品系提供新的思路。2.中華羊茅響應(yīng)低溫脅迫(1±1℃)過(guò)程的試驗(yàn),初步明確了多種目標(biāo)代謝產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)變化。低溫脅迫促進(jìn)三種生態(tài)型的多種含氮化合物如谷氨酸、谷氨酰胺、纈氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、GABA等含量增加,兩種生態(tài)型的多種有機(jī)酸在低溫脅迫期間稍有下降。三種生態(tài)型對(duì)正常溫度和低溫脅迫的反應(yīng)均不同。然而內(nèi)生真菌能提高與糖酵解、三羧酸循環(huán)和氨基酸合成途徑的相關(guān)代謝物水平,說(shuō)明內(nèi)生真菌能增強(qiáng)中華羊茅的抗寒能力。本試驗(yàn)結(jié)果為進(jìn)一步用代謝組學(xué)方法闡釋植物抗寒性機(jī)制奠定基礎(chǔ)。3.通過(guò)PCA和聚類(lèi)分析Epichloe XH03菌株低溫代謝譜,結(jié)果表明溫度顯著影響代謝產(chǎn)物的變化,分類(lèi)貢獻(xiàn)率最大的標(biāo)志性代謝物有一些含氮化合物、糖類(lèi)、有機(jī)酸。尸胺、氨基乙醇、亮氨酸、絲氨酸、焦谷氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、氨基丙二酸、苯丙氨酸等含氮物質(zhì)在低溫條件下增加；果糖、葡萄糖等糖類(lèi)也在低溫下積累,而蔗糖含量降低；低溫降低一部分有機(jī)酸的含量。本結(jié)果為更好理解共生體抗寒性提供科學(xué)依據(jù)。4.田間嚴(yán)寒試驗(yàn),外源鈣和或Epichloe對(duì)三種生態(tài)型響應(yīng)低溫脅迫時(shí)葉片相對(duì)含水量(RWC)、葉綠素、根系活力和糖類(lèi)物質(zhì)的影響不一致。隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),三種生態(tài)型中果糖含量為先升后降,根系葡萄糖含量不斷增加。在生態(tài)型XH中,Epichloe促進(jìn)脅迫14d和28 d時(shí)RWC、脅迫0d時(shí)葉綠素、脅迫0d和14d時(shí)根系活力、地上部分可溶性糖和葡萄糖以及脅迫28 d時(shí)根系蔗糖含量增加；外源鈣促進(jìn)葉綠素、脅迫28 d時(shí)根系活力、地上部分和根系可溶性糖、根系果糖和E+植株地上部分果糖含量上升,促使E+植株地上部分蔗糖含量高于對(duì)照E-,降低E+植株RWC,但對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的影響因脅迫時(shí)間和Epichloe而異。在生態(tài)型HB中,Epichloe提高脅迫0d和14d時(shí)RWC、地上部分果糖和葡萄糖含量,降低脅迫14d和28 d時(shí)類(lèi)胡蘿卜素含量；外源鈣增加脅迫28 d時(shí)葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素、地上部分和根系可溶性糖、地上部分和根系果糖、根系葡萄糖、E-植株地上部分葡萄糖和脅迫14 d時(shí)RWC、E+植株的根系活力和地上部分蔗糖含量,而降低E+植株中RWC, Epichloe和外源鈣協(xié)同作用時(shí)提高根系蔗糖水平。生態(tài)型YS中,Epichloe促進(jìn)脅迫28 d時(shí)RWC、根系活力、根系果糖、地上部分和根系可溶性糖的積累,降低脅迫14d時(shí)類(lèi)胡蘿卜素含量：外源鈣提高脅迫28 d時(shí)RWC、脅迫28 d時(shí)E-植株葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素、E+植株脅迫14d時(shí)類(lèi)胡蘿卜素、根系活力、地上部分和根系可溶性糖、E-植株地上部分果糖和葡萄糖含量,以及E-植株脅迫28 d時(shí)蔗糖的積累。這些結(jié)果表明了外源鈣和或內(nèi)生真菌能增強(qiáng)植物耐寒力。5.平板對(duì)峙培養(yǎng)表明Epichloe XH03對(duì)植物病原菌鏈格孢、離蠕孢和新月彎孢的菌絲生長(zhǎng)抑制率至少為50%。利用不同溶劑萃取發(fā)酵物獲得不同的粗提物進(jìn)行抗菌活性的結(jié)果表明：乙酸乙酯粗提物對(duì)鏈格孢、離蠕孢、新月彎孢和鐮刀菌菌絲生長(zhǎng)表現(xiàn)出良好的抑制活性。在離體葉片上Epichloe顯著減少所測(cè)試的病原菌感病率及病斑大��；接種病原菌孢子和乙酸乙酯粗提物的混合液或僅接種病原菌孢子懸浮液于離體葉片上,發(fā)現(xiàn)兩者的病斑大小存在顯著性差異�；贕C-MS檢測(cè)出Epichloe XH03乙酸乙酯粗提物包含多種化學(xué)成分。
【關(guān)鍵詞】：中華羊茅 內(nèi)生真菌Epichlo(e|")腸謄 低溫脅迫 代謝組學(xué) 麥角堿 糖代謝 生物活性
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：Q948.122.3
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-8
• 縮寫(xiě)8-15
• 引言15-17
• 第一章 文獻(xiàn)綜述17-27
• 1.1 植物對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)17-18
• 1.1.1 水分生理代謝與抗寒性17
• 1.1.2 葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素與抗寒性17
• 1.1.3 根系活力與抗寒性17-18
• 1.1.4 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與抗寒性18
• 1.2 外源鈣對(duì)植物響應(yīng)低溫脅迫的影響18-19
• 1.3 微生物-植物共生體對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)19-20
• 1.4 植物抗逆性代謝組學(xué)研究20-24
• 1.4.1 代謝組學(xué)的概念20
• 1.4.2 代謝組學(xué)的研究方法20-21
• 1.4.3 溫度脅迫21-22
• 1.4.4 干旱脅迫22-23
• 1.4.5 鹽脅迫23
• 1.4.6 微生物-植物共生體23-24
• 1.4.7 微生物低溫脅迫24
• 1.5 禾草內(nèi)生真菌及共生體對(duì)病原菌拮抗作用24-25
• 1.5.1 離體純培養(yǎng)條件下禾草內(nèi)生真菌對(duì)病原菌的作用24-25
• 1.5.2 離體葉片條件下禾草內(nèi)生真菌對(duì)病原菌的作用25
• 1.6 中華羊茅的研究現(xiàn)狀25-27
• 第二章 Epichloe中華羊茅不同低溫脅迫的影響27-57
• 2.1 前言27-28
• 2.2 材料與方法28-30
• 2.2.1 植物材料28
• 2.2.2 建立中華羊茅E+、E-種群及低溫處理28-29
• 2.2.3 農(nóng)藝性狀指標(biāo)測(cè)定29
• 2.2.4 生物堿提取及測(cè)定29
• 2.2.5 代謝組學(xué)樣品提取與衍生化方法29-30
• 2.2.6 GC-MS分析及代謝數(shù)據(jù)比對(duì)30
• 2.2.7 統(tǒng)計(jì)分析30
• 2.3 結(jié)果與分析30-44
• 2.3.1 內(nèi)生真菌對(duì)不同低溫脅迫下中華羊茅農(nóng)藝性狀的影響30-34
• 2.3.2 不同低溫脅迫下中華羊茅共生體麥角堿的含量34-36
• 2.3.2.1 不同低溫脅迫對(duì)中華羊茅共生體麥角酰胺含量的影響34
• 2.3.2.2 不同低溫脅迫對(duì)中華羊茅共生體麥角新堿含量的影響34-35
• 2.3.2.3 不同低溫脅迫對(duì)中華羊茅共生體總麥角堿含量的影響35
• 2.3.2.4 麥角酰胺與麥角新堿相關(guān)性,及總麥角堿與海拔相關(guān)性35-36
• 2.3.3 不同低溫脅迫下三種生態(tài)型的E+、E-代謝物的分析36-44
• 2.3.3.1 主成分分析(PCA)36-40
• 2.3.3.2 聚類(lèi)分析40-42
• 2.3.3.3 三種生態(tài)型在低溫條件下氨基酸的變化42-44
• 2.4 討論44-57
• 2.4.1 不同低溫脅迫Epichloe對(duì)中華羊茅農(nóng)藝性狀的影響44
• 2.4.2 不同低溫脅迫對(duì)中華羊茅共生體生物堿含量的影響44-45
• 2.4.3 不同低溫脅迫Epichloe對(duì)中華羊茅代謝產(chǎn)物的影響45-57
• 第三章 中華羊茅-內(nèi)生真菌共生體應(yīng)答低溫脅迫過(guò)程的代謝譜分析57-86
• 3.1 前言57
• 3.2 材料與方法57-58
• 3.2.1 植物材料57
• 3.2.2 建立中華羊茅E+、E-種群及處理57-58
• 3.2.3 代謝組學(xué)樣品提取及衍生化方法58
• 3.2.4 GC-MS分析條件及代謝數(shù)據(jù)比對(duì)58
• 3.2.5 統(tǒng)計(jì)分析58
• 3.3 結(jié)果與分析58-66
• 3.3.1 正常溫度下三種生態(tài)型代謝產(chǎn)物變化58-59
• 3.3.2 三種生態(tài)型在低溫條件下氨基酸含量變化59-60
• 3.3.3 三種生態(tài)型在低溫條件下有機(jī)酸含量變化60-61
• 3.3.4 三種生態(tài)型在低溫條件下碳水化合物和其它化合物的變化61-65
• 3.3.5 三種生態(tài)型在低溫條件下顯著增長(zhǎng)的代謝產(chǎn)物數(shù)量65-66
• 3.3.6 丙氨酸與谷氨酸的關(guān)系66
• 3.4 討論66-86
• 3.4.1 低溫脅迫影響中華羊茅的氨基酸變化66-69
• 3.4.2 低溫脅迫影響中華羊茅有機(jī)酸含量的變化69
• 3.4.3 低溫脅迫影響中華羊茅碳水化合物及其它物質(zhì)含量的變化69-86
• 第四章 中華羊茅Epichloe響應(yīng)低溫脅迫代謝物的變化86-97
• 4.1 前言86
• 4.2 材料和方法86-88
• 4.2.1 植物材料86
• 4.2.2 內(nèi)生真菌分離、培養(yǎng)86-87
• 4.2.3 溫度對(duì)內(nèi)生真菌生長(zhǎng)的影響87
• 4.2.4 代謝物樣品的制備和衍生化87
• 4.2.5 GC-MS分析87
• 4.2.6 數(shù)據(jù)處理與分析87-88
• 4.3 結(jié)果與分析88-93
• 4.3.1 溫度對(duì)Epichloe XH03生長(zhǎng)的影響88
• 4.3.2 內(nèi)生真菌Epichloe XH03在不同低溫條件下代謝物的主成分分析88-89
• 4.3.3 內(nèi)生真菌Epichloe XH03在不同低溫條件下代謝物的聚類(lèi)分析89-90
• 4.3.4 Epichloe XH03在低溫條件下標(biāo)志性代謝產(chǎn)物的變化90-92
• 4.3.5 Epichloe XH03在低溫條件下氨基酸的變化92-93
• 4.4 討論93-97
• 第五章 田間低溫下外源Ca~(2+)調(diào)控中華羊茅內(nèi)生真菌共生體生理特性及糖代謝97-125
• 5.1 前言97-98
• 5.2 材料與方法98-101
• 5.2.1 中華羊茅田間抗寒性98
• 5.2.1.1 田間設(shè)計(jì)98
• 5.2.1.2 測(cè)定項(xiàng)目98
• 5.2.2 外源Ca~(2+)對(duì)田間中華羊茅生理特性及糖代謝的影響98-101
• 5.2.2.1 田間設(shè)計(jì)和處理98-99
• 5.2.2.2 葉片相對(duì)含水量測(cè)定99
• 5.2.2.3 葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素測(cè)定99-100
• 5.2.2.4 根系活力測(cè)定100
• 5.2.2.5 可溶性糖測(cè)定100
• 5.2.2.6 蔗糖測(cè)定100
• 5.2.2.7 果糖測(cè)定100
• 5.2.2.8 葡萄糖測(cè)定100-101
• 5.2.3 統(tǒng)計(jì)分析101
• 5.3 結(jié)果與分析101-121
• 5.3.1 中華羊茅田間抗寒性101
• 5.3.2 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅生理特性及糖代謝的影響101-121
• 5.3.2.1 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅相對(duì)含水量的影響101-103
• 5.3.2.2 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的影響103-107
• 5.3.2.3 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅根系活力的影響107-109
• 5.3.2.4 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅可溶性糖的影響109-112
• 5.3.2.5 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅蔗糖的影響112-114
• 5.3.2.6 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅果糖的影響114-117
• 5.3.2.7 外源Ca~(2+)對(duì)田間低溫脅迫下中華羊茅葡萄糖的影響117-119
• 5.3.2.8 田間低溫脅迫下各種糖含量的相關(guān)性分析119-121
• 5.4 討論121-125
• 5.4.1 田間低溫脅迫下內(nèi)生真菌對(duì)中華羊茅農(nóng)藝性狀的影響121
• 5.4.2 田間低溫脅迫下內(nèi)生真菌和外源鈣對(duì)中華羊茅生理特性的影響121-122
• 5.4.3 田間低溫脅迫下內(nèi)生真菌和外源鈣對(duì)中華羊茅糖積累的影響122-125
• 第六章 中華羊茅Epichloe生物活性的研究125-141
• 6.1 前言125
• 6.2 材料與方法125-128
• 6.2.1 中華羊茅E+和E-種群的建立126
• 6.2.2 菌株126
• 6.2.3 病原菌126
• 6.2.4 培養(yǎng)基126
• 6.2.5 內(nèi)生真菌培養(yǎng)及粗提物提取126
• 6.2.6 抗菌活性測(cè)定126-127
• 6.2.7 離體葉片測(cè)定內(nèi)生真菌或內(nèi)生真菌和抗菌物質(zhì)的混合液對(duì)病原菌的拮抗作用127
• 6.2.8 活性物質(zhì)的GC-MS分析條件127-128
• 6.2.9 統(tǒng)計(jì)分析128
• 6.3 結(jié)果與分析128-135
• 6.3.1 離體葉片E+和E-對(duì)病原菌的拮抗作用128-131
• 6.3.2 平板對(duì)峙培養(yǎng)內(nèi)生真菌與病原菌拮抗作用131-132
• 6.3.3 代謝物質(zhì)的粗提物對(duì)病原菌的拮抗作用132-134
• 6.3.4 離體葉片上抑菌物質(zhì)對(duì)病原菌的拮抗作用134
• 6.3.5 活性物質(zhì)的化學(xué)組成134-135
• 6.4 討論135-141
• 第七章 全文結(jié)論141-143
• 7.1 研究小結(jié)141
• 7.2 創(chuàng)新之處141-142
• 7.3 研究展望142-143
• 參考文獻(xiàn)143-167
• 在學(xué)期間的研究成果167-168
• 在學(xué)期間參與的科研項(xiàng)目168-169
• 致謝169

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：908710