【摘要】：干旱和鹽漬是世界范圍內(nèi)減少作物產(chǎn)量的兩大主要脅迫因子。西北黃土高原產(chǎn)區(qū)是我國蘋果的最佳產(chǎn)區(qū)也是最大產(chǎn)區(qū),但該產(chǎn)區(qū)年降水量少且年周期內(nèi)分布極不平衡,干旱缺水成為限制這一地區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因子。另外,部分蘋果產(chǎn)區(qū)土壤鹽漬化嚴(yán)重。次生代謝是植物代謝的重要方面,近年來發(fā)現(xiàn)許多次生代謝物質(zhì)如甜菜堿、水楊酸、褪黑素等能提高植物的抗逆能力。但目前關(guān)于多巴胺和褪黑素與蘋果抗逆關(guān)系的研究鮮見報道。本論文以蘋果砧木平邑甜茶(Malus hupehensis)、富平楸子(M.prunifolia)和蘋果品種‘長富-2’(M.domestica)為試材,研究了褪黑素和多巴胺對蘋果抗旱和耐鹽的調(diào)控功能,并探討了其作用機理。研究結(jié)果為蘋果的抗逆改良和調(diào)控提供了理論和技術(shù)依據(jù),對我國干旱地區(qū)蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。主要研究結(jié)果如下:1.外源褪黑素對蘋果耐鹽性的調(diào)控。以蘋果砧木平邑甜茶一年生幼苗為材料,利用水培系統(tǒng)研究了外源褪黑素對鹽脅迫誘導(dǎo)的氧化損傷的緩解效應(yīng),同時,研究了褪黑素與離子平衡和離子通道之間的關(guān)系,探討了外源褪黑素緩解蘋果鹽脅迫的作用機理。研究結(jié)果表明:外源施加0.1μM褪黑素能緩解鹽脅迫對平邑甜茶生長及光合速率的抑制作用,并抑制葉綠素的降解。同時,褪黑素能減輕鹽脅迫下的膜損傷。外源褪黑素提高平邑甜茶幼苗的耐鹽性與其作為抗氧化劑的功能有關(guān),表現(xiàn)在褪黑素處理減少了H2O2的積累,增加了抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)的活性。另外,外源褪黑素能促進鹽脅迫下根系的生長,影響礦質(zhì)元素的吸收,并調(diào)控離子轉(zhuǎn)運蛋白基因MdNHX1和MdHKT1的表達,調(diào)控離子平衡。2.外源褪黑素對蘋果抗旱性的調(diào)控。以兩年生平邑甜茶和富平楸子兩種抗旱性差異明顯的蘋果砧木盆栽苗為材料,向植株根部定期施用100μM褪黑素溶液,研究了褪黑素對蘋果自然干旱脅迫的調(diào)控作用及其可能的機理。研究結(jié)果表明:外源褪黑素處理能顯著增加蘋果砧木的抗旱性,且對干旱敏感砧木平邑甜茶的緩解作用大于抗旱砧木富平楸子。主要表現(xiàn)在:在干旱下,外源褪黑素處理能維持葉片的保水力、降低電解質(zhì)外滲率、抑制葉綠素的降解并維持較強的光合能力。外源褪黑素能降低ABA合成基因MdNCED3的表達,增加ABA代謝基因MdCYP707A1和MdCYP707A1的表達,從而降低干旱植株中ABA的含量。另外,外源褪黑素通過提高抗氧化酶的活性抑制H2O2的產(chǎn)生,使氣孔重新開放。植株可以通過上調(diào)褪黑素合成酶基因MdTDC1,MdAANAT2,MdT5H4和MdASMT1的表達來有效維持干旱條件下的水分平衡。因此,誘導(dǎo)褪黑素的產(chǎn)生是植物抵御非生物脅迫的一個重要機制。3.外源多巴胺對蘋果砧木平邑甜茶耐鹽性的調(diào)控。以平邑甜茶一年生幼苗為試材,采用水培和盆栽兩種方式進行鹽脅迫處理。植株受到鹽脅迫后,生長量、凈光合速率、FV/FM和葉綠素含量均顯著下降。用100μM和200μM多巴胺對植株進行預(yù)處理以后,顯著的緩解了此抑制作用并使植株維持了更好的光合能力。外源多巴胺除了能改變氣孔行為外,還能促進K、N、P、S、Cu和Mn離子的吸收,而Na和Cl離子的吸收被顯著抑制,說明外源多巴胺能使植物更好的適應(yīng)鹽脅迫。外源多巴胺處理顯著地增加了抗氧化酶的活性和抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)中抗氧化物質(zhì)的含量,抑制了活性氧的產(chǎn)生。進一步還研究了多巴胺對鹽脅迫下SOS途徑基因表達的影響,結(jié)果表明,外源多巴胺處理顯著上調(diào)了平邑甜茶根系和葉片中MdHKT1、MdNHX1和MdSOS1的表達,有利于調(diào)節(jié)離子平衡,使植株具有更好的耐鹽性。表明多巴胺不僅能在抗氧化防御的水平而且通過離子平衡調(diào)控等機制緩解蘋果鹽脅迫。4.外源多巴胺對蘋果抗旱性的調(diào)控。以‘長富-2’蘋果兩年生盆栽苗為材料,在短期自然干旱脅迫下,向植株根部定期施用100μM多巴胺溶液。研究結(jié)果表明:外源多巴胺處理能顯著提高蘋果的抗旱性。主要表現(xiàn)在:在干旱條件下維持葉片的保水力、降低電解質(zhì)外滲、保持葉綠素的穩(wěn)定和維持更好的光合能力。干旱脅迫能增加多巴胺合成基因MdTyDc的表達。另外,外源多巴胺能通過提高抗氧化酶的活性,減少H2O2的產(chǎn)生。5.外源多巴胺調(diào)控蘋果抗旱的轉(zhuǎn)錄組分析。以‘長富-2’蘋果兩年生盆栽苗為材料,短期自然干旱處理十天,以干旱第3天樣本進行轉(zhuǎn)錄組測序分析。本測序共檢測到48845條基因,占參考基因組的85.04%,檢測到新基因3481條。外源多巴胺處理后的干旱植株與未施加多巴胺的干旱植株相比,檢測到差異基因1052條,其中上調(diào)基因643條,下調(diào)基因409條,這些差異基因在KEGG pathway分類上主要為氮代謝、植物與病原菌互作和光合作用等作用通路。GO注釋的生物進程中主要調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子、滲透脅迫和氧化脅迫、碳水化合物代謝、H2O2代謝過程和細(xì)胞程序性死亡。
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【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S661.1
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本文編號：2314612