【摘要】：低溫常給設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響,是影響設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。黃瓜(Cucumis sativus)是喜溫暖不耐寒的主要設(shè)施蔬菜,在幼苗期常因受到低溫傷害而嚴(yán)重影響產(chǎn)量。目前,對(duì)叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)的研究引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛重視,其在促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收、提高作物產(chǎn)量和抵抗非生物脅迫上起到重要作用。黃瓜與AMF能形成很好的共生關(guān)系,但目前尚缺乏AMF接菌對(duì)低溫脅迫下黃瓜幼苗緩解作用及調(diào)控機(jī)理的研究。為研究AMF接菌對(duì)低溫逆境下黃瓜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響及其調(diào)控機(jī)制,本試驗(yàn)以“中農(nóng)26”黃瓜(Cucumis sativus L.cv.Zhongnong No.26)和叢枝菌根真菌(Rhizophagus irregulari)為試驗(yàn)材料,在常溫(25°C/15°C)和低溫(15°C/10°C)條件下,首先對(duì)主要生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,如:植株生長(zhǎng)量、光合系統(tǒng)、抗氧化保護(hù)系統(tǒng)、植物內(nèi)源激素含量及礦質(zhì)元素含量等,探討AMF對(duì)黃瓜植株在低溫脅迫下的生理調(diào)節(jié)功能。同時(shí),利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)對(duì)黃瓜根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析,以初步揭示AMF接菌對(duì)緩解黃瓜幼苗低溫傷害的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,具體分析了AMF接菌對(duì)植株磷吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響,并對(duì)低溫脅迫下接菌植株的脫落酸代謝做了初步研究,以明確AMF在低溫脅迫下在黃瓜幼苗磷代謝和脫落酸代謝中起到的作用。研究主要結(jié)果如下:1.為探討AMF對(duì)低溫脅迫下植株緩解效應(yīng)中的生理調(diào)節(jié)機(jī)理,對(duì)植株生長(zhǎng)量、光合系統(tǒng)、抗氧化保護(hù)系統(tǒng)、植物內(nèi)源激素含量及礦質(zhì)元素含量進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果表明:低溫脅迫下,接菌AMF可顯著提高幼苗植株地下部生長(zhǎng)量,并增強(qiáng)了PSII反應(yīng)中心的光化學(xué)活性,以緩解低溫對(duì)黃瓜光合作用的非氣孔限制和葉片光合電子傳遞的抑制作用,進(jìn)而提高了植株的光合作用;接菌AMF可通過(guò)提高黃瓜幼苗體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)等抗氧化酶活性來(lái)降低活性氧(ROS)水平,從而減輕低溫對(duì)細(xì)胞膜脂的過(guò)氧化傷害;接菌AMF通過(guò)調(diào)節(jié)植株內(nèi)源激素含量,促進(jìn)葉片中赤霉素(GA3)含量和根系中油菜素甾醇(BRs)、玉米素核苷(ZR)水平的升高,降低葉片中脫落酸(ABA)和生長(zhǎng)素(IAA)含量;接菌AMF還促進(jìn)了植物對(duì)土壤中礦質(zhì)元素的吸收,如N、P、K、Zn、Fe、Cu等,尤其是根系中礦質(zhì)元素含量在低溫條件下顯著高于未接菌植株�？傊�,AMF通過(guò)調(diào)節(jié)黃瓜幼苗光合作用系統(tǒng)、抗氧化機(jī)構(gòu)、內(nèi)源激素水平和礦質(zhì)元素吸收等生理作用,以緩解低溫對(duì)黃瓜幼苗的傷害。2.利用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)黃瓜根系進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,探討了AMF對(duì)緩解黃瓜低溫傷害的基因表達(dá)調(diào)控基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明:低溫條件下,AMF接菌可能主要影響了黃瓜幼苗根系中黃瓜氧化還原代謝和離子吸收與運(yùn)輸?shù)纳飳W(xué)過(guò)程相關(guān)基因的表達(dá);低溫條件下,根系中大部分真菌差異表達(dá)基因的表達(dá)下降,生物學(xué)過(guò)程中的甘油-3-磷酸分解代謝和NADH氧化相關(guān)基因表達(dá)有顯著差異,推測(cè)這些基因可能影響低溫條件下AMF功能,以及AMF與黃瓜根系形成的共生關(guān)系;此外,通過(guò)GO數(shù)據(jù)庫(kù)注釋,在差異表達(dá)基因(DEGs)中發(fā)現(xiàn)了屬于Ph1磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的基因predicted CsPT1-11(Csa3G357080),并且在低溫脅迫下AMF侵染處理中此基因表達(dá)顯著上調(diào),說(shuō)明AMF接菌促進(jìn)了黃瓜幼苗根系predicted CsPT1-11基因的表達(dá),磷代謝可能參與了AMF緩解植株低溫傷害作用;通過(guò)KEGG通路注釋,發(fā)現(xiàn)在低溫脅迫下,接菌處理中的脫落酸(ABA)代謝通路相關(guān)基因有顯著富集,在GO注釋的差異表達(dá)基因中含有ABA響應(yīng)基因轉(zhuǎn)錄因子MYC,其表達(dá)在接菌植株中顯著上調(diào),說(shuō)明ABA代謝和響應(yīng)途徑在接菌植株中起到重要作用。3.為探討AMF與低溫脅迫的交互作用對(duì)植物P元素吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的影響,測(cè)定了根系琥珀酸脫氫酶(SDH)和堿性磷酸酶(ALP)活性、四種黃瓜磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等基因表達(dá)。結(jié)果表明:低溫抑制了黃瓜植株生長(zhǎng)的同時(shí)也降低了叢枝菌根侵染率;常溫下,AMF可以促進(jìn)黃瓜地上和地下部分的生長(zhǎng),但這種促進(jìn)作用在低溫下只體現(xiàn)在地下部分;與對(duì)照植物相比,菌根植株中磷含量較高的結(jié)果表明,無(wú)論在常溫還是低溫脅迫下,AMF都能為寄主植物提供磷元素。因此,AMF可以在低溫脅迫下對(duì)植株起到有益作用,盡管這種作用在常溫下更為顯著。對(duì)黃瓜磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn),常溫條件下,叢枝菌根侵染顯著誘導(dǎo)一個(gè)屬于Ph1磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因家族的基因(predicted CsPT-11),與其他植物中菌根特異性磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和真菌磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有同源關(guān)系,但是其表達(dá)在低溫脅迫下受到抑制;其他三個(gè)屬于不同磷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的基因都在低溫脅迫下的菌根植物中表達(dá)顯著上調(diào),表明叢枝菌根真菌和低溫脅迫對(duì)黃瓜植株內(nèi)的磷循環(huán)有著復(fù)雜的交互作用。4.為探索低溫脅迫下脫落酸(ABA)代謝在接菌植物中的變化,通過(guò)噴施ABA和ABA合成抑制劑NDGA,測(cè)定了植物根系A(chǔ)BA響應(yīng)基因表達(dá)途徑中MYB和MYC的表達(dá)、ABA合成關(guān)鍵基因CsNCED、分解基因CsCYP707A1和解離基因CsBG的表達(dá)。結(jié)果表明:低溫脅迫下,噴施ABA的接菌植株地上部分和地下部分生物量顯著升高;低溫逆境下,未接菌植株對(duì)ABA響應(yīng)途徑反應(yīng)較敏感,而噴施NDGA激活了接菌植株ABA響應(yīng)基因表達(dá)途徑,說(shuō)明低溫脅迫下ABA響應(yīng)基因表達(dá)途徑在植株根系受到AMF接菌處理的影響,推測(cè)ABA噴施與接菌AMF處理共同作用于ABA響應(yīng)基因表達(dá)途徑中信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程;低溫條件下,ABA噴施對(duì)接菌植株的ABA合成基因CsNCED2和分解基因CsCYP707A1基因表達(dá)存在顯著誘導(dǎo)作用,NDGA噴施僅對(duì)接菌植株中ABA的解離基因CsBG有顯著上調(diào)影響,說(shuō)明低溫脅迫下,植株根系中ABA代謝基因表達(dá)受到基因種類和接菌處理不同的影響。
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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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S642.2
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本文編號(hào)：2316919