【摘要】：在我國冷涼氣候區(qū)早春氣溫變化快、變化幅度大,對早春樹體根系恢復(fù)生長、萌芽和展葉極為不利,阻滯了生長季初期樹體生長發(fā)育進(jìn)程。因此,本研究以山定子(Malus baccata Borkh.)當(dāng)年生實生苗為試材,根據(jù)沈陽地區(qū)春季溫度變化特點設(shè)計溫度處理(5℃→20℃→10℃→0℃),通過土施含鈣化合物和鈣抑制劑,研究山定子根系呼吸代謝、氮代謝、抗氧化酶系、線粒體功能和鈣信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子等對大幅度變溫的生理響應(yīng)特點；同時,研究了變溫條件下山定子根系和葉片的差異蛋白質(zhì)表達(dá)特性。主要結(jié)果如下：1.鈣對大幅度變溫脅迫下根系碳氮代謝活性的影響：變溫過程中,山定子根系活力明顯降低。2%CaCl2和CaAc2處理均顯著提高了山定子根系活力,而5%CaCl2處理效果與此相反。鈣抑制劑處理均進(jìn)一步抑制了根系活力,以TFP抑制效果最顯著。變溫過程中,山定子根系總呼吸速率先下降后上升。各含鈣溶液處理均提高了升溫階段根系總呼吸速率,但對降溫階段總呼吸速率的影響各異。在降溫階段,僅2%CaCl2處理通過提高三羧酸循環(huán)(TCA)和磷酸戊糖途徑(PPP)呼吸速率,有效提高了根系總呼吸速率。相反,5% CaCl2處理顯著降低了降溫階段根系總呼吸速率。與對照相比,鈣抑制劑處理在各溫度點對總呼吸速率影響各異,但均在0℃下表現(xiàn)出明顯的抑制作用,以LaCl3和TFP抑制效果最顯著。變溫過程中,根系氮代謝關(guān)鍵酶活性整體呈下降趨勢。2% CaCl2處理不同程度的提高了氮代謝關(guān)鍵酶活性,而5%CaCl2處理效果與此相反。CaAc2處理顯著提高了20℃和10℃下硝酸還原酶(NR)活性以及20℃和0℃下的谷氨酸脫氫酶(GDH)活性。鈣抑制劑處理均進(jìn)一步抑制了氮代謝關(guān)鍵酶活性,其中EGTA和TFP抑制作用最顯著。2.鈣對大幅度變溫脅迫下根系線粒體功能的影響：變溫處理增加了線粒體膜透性(MPT),引起線粒體O2·-產(chǎn)生速率持續(xù)上升。1% CaCl2、2% CaCl2和CaAc2處理顯著降低了MPT,進(jìn)而降低了線粒體O2·-產(chǎn)生速率,僅2% CaCl2處理的細(xì)胞色素c/a(Cyt c/a)一直高于對照。5% CaCl2處理效果與其他鈣溶液處理相反。鈣抑制劑處理均進(jìn)一步降低了線粒體膜電位(△Ψm)和Cyt c/a,除SO處理外均顯著提高了線粒體O2-產(chǎn)生速率,增強了線粒體內(nèi)的氧化脅迫。3.鈣對大幅度變溫脅迫下根系鈣信號相關(guān)因子的影響：變溫過程中,山定子根系CaM含量持續(xù)增加,CaN含量先降低后升高。1% CaCl2處理后不同程度的提高了根系CaM含量,但對CaN含量沒有明顯影響；2% CaCl2處理提高了降溫階段根系CaM含量；CaAc2處理提高了20℃和10℃根系CaM和CaN含量,降低了0℃下CaM和CaN含量：5% CaCl2處理降低了CaM和CaN含量。鈣抑制處理進(jìn)一步促進(jìn)了CaM和CaN含量的下降。4.鈣對大幅度變溫脅迫下根系抗氧化酶活性和膜脂過氧化的影響：變溫過程中,根系抗氧化酶活性均顯著降低,而1% CaCl2、2% CaCl2和CaAc2處理均不同程度提高了根系SOD、POD、CAT和APX的活性。相反,5%CaCl2處理抑制了根系SOD和POD活性。鈣抑制劑處理進(jìn)一步抑制了抗氧化酶活性,以TFP處理抑制效果最明顯。變溫處理導(dǎo)致根系H2O2和MDA過量積累。1%CaCl2、2% CaCl2和CaAc2處理后明顯降低了根系H2O2和MDA的含量,而5%CaCl2處理效果與此相反。鈣抑制劑處理均不同程度的加重了根系膜脂過氧化程度。5.鈣對大幅度變溫脅迫下葉片功能的影響：變溫導(dǎo)致葉片膜完整性、光系統(tǒng)Ⅱ最大量子效率(φP0)、光合性能指數(shù)(PIABS)、光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心密度(RCQA)和用于電子傳遞的量子效率((φEo)顯著下降,光系統(tǒng)Ⅱ供體側(cè)放氧復(fù)合體(WK)受到損傷。2% CaCl2處理顯著提高了葉片的膜完整性、φP0和PIABS,緩解了0℃下光系統(tǒng)Ⅱ放氧復(fù)合體的傷害。6.鈣對大幅度變溫脅迫下根系和葉片蛋白表達(dá)的影響：對照中,與5℃相比,變溫后(0℃下)根系中總共檢測到339個差異表達(dá)蛋白,其中206個上調(diào),133個下調(diào)。與對照相比,在20℃下2% CaCl2處理的根系中共檢測出72個差異表達(dá)蛋白,其中51個上調(diào),21個下調(diào)；在0℃下2% CaCl2處理的根系中共檢測出997個差異表達(dá)蛋白,其中692個上調(diào),305個下調(diào)。這些鑒定到的差異蛋白參與的生物學(xué)過程主要是細(xì)胞過程、代謝過程和應(yīng)激響應(yīng)。熱休克蛋白和脫水蛋白在整個變溫過程中均不同程度上調(diào)表達(dá),且2% CaCl2處理進(jìn)一步促進(jìn)了熱休克蛋白和脫水蛋白的表達(dá)。與5℃相比,在0℃下對照葉片中共檢測到34個差異表達(dá)蛋白,其中10個上調(diào),24個下調(diào)。與對照相比,在20℃下2% CaCl2處理的葉片中共檢測出9個差異表達(dá)蛋白,其中3個上調(diào),6個下調(diào)；在0℃下2% CaCl2處理的葉片中共檢測出15個差異表達(dá)蛋白,其中8個上調(diào),7個下調(diào)。這些鑒定到的差異蛋白參與的生物學(xué)過程主要是細(xì)胞過程、代謝過程、單一生物過程和應(yīng)激響應(yīng)。其中,與光合有關(guān)的蛋白(如CPO、CP43和D1等)在變溫過程中均有所下調(diào)。
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【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S661.9
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本文編號：2428742