本文關(guān)鍵詞：桑樹(shù)硬枝扦插生根的生理生化與分子機(jī)理研究　出處：《江蘇科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：扦插育苗因方法簡(jiǎn)單、周期短、是木本植物無(wú)性繁殖的重要手段。桑樹(shù)屬于扦插生根較難的樹(shù)種,通過(guò)常規(guī)扦插方法繁育的桑苗根系數(shù)量少,生根部位主要是位于桑芽的兩邊和下方根原基和切口的愈傷組織,移栽不易成活,故扦插技術(shù)一直未能在桑苗繁育上大規(guī)模應(yīng)用。誘導(dǎo)插穗皮部生根扦插技術(shù)是近年來(lái)本課題組研究的一種高效的育苗方法。利用該技術(shù),可使插穗生根率達(dá)90%以上,株平均生根量達(dá)30條以上,生根形式表現(xiàn)為高效的皮部生根,效果明顯的優(yōu)于愈傷組織生根的傳統(tǒng)扦插技術(shù)。本研究就是基于上述技術(shù),采用植物生理、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等研究的相關(guān)方法和技術(shù),從生理水平、轉(zhuǎn)錄組水平和蛋白質(zhì)組水平全面地對(duì)其生根機(jī)理進(jìn)行研究,并對(duì)其生根機(jī)制進(jìn)行探討,以期為植物扦插育苗技術(shù)的創(chuàng)新提供理論參考。主要取得了以下研究結(jié)果:1、采用育71-1一年生硬枝為插穗,以清水處理為對(duì)照,測(cè)定了愈傷組織和皮部生根兩種類(lèi)型生根過(guò)程中可溶性總糖、可溶性蛋白、酚含量和吲哚乙酸氧化酶(IAAO)、過(guò)氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)活性,并進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明:不同生根類(lèi)型中,各生理指標(biāo)呈現(xiàn)出不同的特性和變化規(guī)律�？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍缀吭趯�(duì)照和愈傷組織生根中一直呈下降趨勢(shì),在皮部生根中則表現(xiàn)為先下降再升高。IAAO活性在皮部生根中經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的下降后迅速升高,在愈傷組織生根中則保持一段時(shí)間的穩(wěn)定后開(kāi)始下降;POD和PPO活性在愈傷組織生根和皮部生根生根過(guò)程中變化趨勢(shì)相同,都是先上升后下降,但皮部生根中的活性高于愈傷組織生根。酚類(lèi)物質(zhì)含量在皮部生根中一直下降,而在愈傷組織生根中則下降一段時(shí)間后開(kāi)始上升。2、通過(guò)對(duì)桑樹(shù)硬枝扦插皮部生根的3個(gè)發(fā)育時(shí)期(正常期—Stage 1、基部膨大期—Stage 2、發(fā)根期—Stage 3)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序及序列分析,各個(gè)發(fā)育時(shí)期分別鑒定到18729、19044和19987個(gè)基因。在Stage 2/Stage 1中,鑒定到8930個(gè)差異表達(dá)基因,Stage 3/Stage 1中,鑒定到9135個(gè)差異基因,Stage 3/Stage2中,差異表達(dá)基因較少,為2739個(gè)。通過(guò)對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行GO功能注釋和KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)分析,這些差異基因在扦插生根中主要執(zhí)行代謝過(guò)程、定位系統(tǒng)建立、再生過(guò)程、生物調(diào)控、細(xì)胞組分、細(xì)胞器組分、大分子復(fù)合物、結(jié)合劑活性等功能。主要參與植物-病原菌互作、植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、淀粉和蔗糖代謝、苯丙素生物合成、類(lèi)黃酮生物合成等代謝途徑。3、通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的3個(gè)材料進(jìn)行蛋白質(zhì)組比較分析。在3個(gè)發(fā)育時(shí)期共鑒定到4427個(gè)蛋白,其中2875個(gè)蛋白被定量。Stage 2/Stage 1的差異蛋白質(zhì)有595個(gè),Stage 3/Stage 1的差異蛋白質(zhì)有660個(gè),Stage 3/Stage 2的差異蛋白質(zhì)有231個(gè)。從差異表達(dá)顯著的蛋白質(zhì)中篩選出生長(zhǎng)素IAA水解酶、熱激蛋白hsp70、凝集素KM+、細(xì)胞色素b6、過(guò)氧化物酶等可能與生根過(guò)程密切相關(guān)的蛋白質(zhì)。通過(guò)與GO和KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)注釋,這些差異蛋白質(zhì)在扦插生根中主要執(zhí)行的功能包括代謝過(guò)程、定位系統(tǒng)建立、生物調(diào)控、刺激應(yīng)答、細(xì)胞要素、催化活性和蛋白綁定等功能;并主要參與次生代謝產(chǎn)物的生物合成、淀粉和蔗糖代謝、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工、苯丙素生物合成、糖酵解和糖異生等代謝通路。4、通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果和蛋白質(zhì)組分析結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,從變化趨勢(shì)相同的差異基因、蛋白中挑選出PPO1、PPO2、PPO3、ILL5、GH3.1、HSP83A、Cacybp、ANT1、SAUR2等9個(gè)基因,并通過(guò)qRT-PCR技術(shù)檢測(cè)這些基因在愈傷組織生根和皮部生根兩種生根形式生根過(guò)程中的表達(dá)變化。結(jié)果顯示各個(gè)基因在扦插生根中均表現(xiàn)出相應(yīng)的表達(dá)特性,并通過(guò)不同的作用機(jī)制調(diào)控不定根形成。同時(shí)對(duì)3個(gè)PPO基因的CDS序列進(jìn)行了克隆和序列分析,將結(jié)果上傳Genebank數(shù)據(jù)庫(kù),序列號(hào)分別為KT371991、KT371992和KT371993。本研究從桑樹(shù)硬枝扦插兩種不同生根形式生根過(guò)程相關(guān)生理指標(biāo)和9個(gè)重要相關(guān)基因表達(dá)量的變化,并結(jié)合皮部生根過(guò)程基部皮層的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析結(jié)果,證實(shí)了扦插生根是一個(gè)由外源環(huán)境和內(nèi)源物質(zhì)等多因素共同調(diào)控的一個(gè)復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的過(guò)程。不同的處理方法、培養(yǎng)條件等都會(huì)導(dǎo)致不同的生根效果。在整個(gè)不定根形成的過(guò)程中,從生理生化物質(zhì)到調(diào)控基因、蛋白等都發(fā)揮了重要的作用。包括起防御和保護(hù)作用的相關(guān)酶類(lèi)、調(diào)控基因,激素調(diào)控的相關(guān)基因、蛋白,細(xì)胞增殖和能量代謝相關(guān)的生理物質(zhì)等。各調(diào)控基因和生理物質(zhì)相互作用、共同完成不定根形成和發(fā)育的調(diào)控。研究結(jié)果為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效實(shí)用的桑樹(shù)扦插技術(shù)奠定了良好的理論基礎(chǔ)。本論文盡管從不同層面對(duì)桑樹(shù)硬枝扦插生根的機(jī)理進(jìn)行了研究,且取得了一些成果,但也僅是對(duì)扦插生根機(jī)理探索的冰山一角,有待于對(duì)其進(jìn)行更深入的研究。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S888.32

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