夜间低温对番茄苗期抗逆性、基因表达谱及碳水化合物代谢的影响

论文摘要

设施番茄的栽培中常受到夜间低温的影响而造成其生长发育不良及产量和品质下降。因此,研究夜间低温胁迫下番茄幼苗的抗逆生理指标、基因表达谱、碳水化合物代谢有重要意义。本试验选取耐低温野生番茄（Lycopersicon hirstum.） "LA1777"和低温敏感性番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）"Moneymaker"为试材,以夜间15℃为对照,研究了9℃和6℃夜间低温处理对番茄抗逆生理指标（渗透调节物质、脯氨酸、抗氧化酶活性及叶绿素荧光参数）,基因表达谱及糖代谢积累,代谢及其基因表达等各个方面的影响,主要研究结果如下：1.短期夜间低温胁迫后,两个基因型番茄的脯氨酸含量（Pro）均急剧增加,过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性上升,其中LA1777品种的变化幅度高于Moneymaker;LA1777幼苗的SOD活性低于对照,Moneymaker幼苗的SOD活性却高于对照；Moneymaker叶片的丙二醛（MDA）含量增加量高于LA1777品种,表明Moneymaker幼苗的膜脂过氧化程度高于LA1777品种。短期夜间低温条件下,番茄通过维持较高水平的POD活性和提高脯氨酸含量来适应低温胁迫,减轻低温伤害。2.夜间低温下两种类型番茄幼苗叶片的叶绿素a、b含量及叶绿素a/b值均随着温度降低而呈下降趋势,夜间低温处理1d后,Moneymaker的叶绿素a和b含量均显著低于对照。夜间低温增加了番茄叶片的Fo（初始荧光）和NPQ（非光化学猝灭系数）,显著降低了Fv/Fm（原初光能效率）、ΦPSⅡ（实际光化学量子效率）、ETR（电子传递速率）和qP（光化学猝灭系数）。其中,除NPQ在两番茄叶片的变化趋势相似外,Moneymaker叶片的变化幅度均大于LA1777。这表明夜间低温显著影响了低温敏感番茄叶片PSⅡ反应中心和电子传递,显著降低了PSⅡ的活性,而对耐低温野生番茄PSⅡ活性影响较小。3.明确了夜间低温胁迫下不同基因型番茄中基因表达谱的变化。研究了夜间15℃为对照,6℃处理6h后番茄苗期叶片的基因表达谱变化,结果表明：夜间6℃胁迫6h后,LA1777叶片上调和下调基因的总数与Moneymaker的数目持平,但LA1777叶片中下调基因的总数高于Moneymaker,而上调的基因总数和平均差异倍数（average fold change）低于Moneymaker。4.明确了6℃处理6h后两番茄幼苗中显著变化基因主要参与的代谢有氨基酸代谢、次生代谢、碳水化合物代谢,能量代谢及质膜代谢等。其中显著上调的基因有ADC1、ADC2、Super1/yucca5、AT3G10340、SAMDC、NCED3、NCED9等,碳水化合物代谢中主要上调的基因有CT-AMY, LA1777幼苗中显著下调的是AT4G22110, UGE3和UGE1基因,而Moneymaker幼苗中显著下调的基因有MVA1,AT5G11720和ALDH2B7基因。5.明确了夜间6℃低温胁迫6h主要影响了番茄幼苗的20个功能类别（包括无具体功能分类的"other"和功能位置的"unknowns"）基因的表达。次生代谢,氨基酸代谢和能量代谢相关基因为两种基因型番茄幼苗中显著变化的代谢。两种基因型番茄中碳水化合物中变化的基因数目占变化基因总数的比例均在2%-3%左右。6.夜间低温胁迫增加了两番茄幼苗的果糖、葡萄糖、蔗糖以及Moneymaker叶片的淀粉含量,降低了LA1777的淀粉含量。6℃低温处理3h后,Moneymaker的可溶性酸性转化酶（SAI）活性显著低于对照,9℃和6℃处理12h后,与对照显著性差异。中性转化酶（NI）和蔗糖合成酶SS（分解方向）与其变化趋势相似。LA1777幼苗的SAI, NI和SS（分解方向）活性在9℃胁迫处理6h后较为显著增加,6℃处理则在处理9h后增加,9℃和6℃处理12h后均高于对照,其中9℃和6℃处理的SAI活性与对照差异显著。两基因型番茄的细胞壁结合转化酶（CWI）活性变化趋势较为一致,均呈增加趋势。9℃和6℃处理9h后增加了胁迫下的Moneymaker幼苗SS（合成方向）和SPS活性,LA1777叶片中SS（合成方向）和SPS活性在9℃胁迫6h和6℃胁迫9h后高于对照,胁迫12h后与对照无显著差异。7.夜间低温胁迫显著抑制了两番茄叶片中Tiv-1的相对表达量,但胁迫12h后低温处理与对照无显著差异。夜间低温胁迫显著增加了番茄叶片中sus2、sus3和hkl的相对表达量,6℃处理增加量最高,Moneymaker叶片中两个基因的相对表达量均高于LA1777。Moneymaker叶片中Lin5的相对表达量仅在6。C处理9h显著高于对照,LA1777叶片中Lin5的相对表达量在低温胁迫12h后高于对照。Moneymaker叶片中lin8的相对表达量仅在6℃胁迫6h和9℃胁迫9h后高于对照,而LA1777叶片lin8的相对表达量在胁迫6h高于对照,以6℃胁迫较高,随后降低,胁迫12h后处理与对照无显著差异。Hk2、hk4和fk2的相对表达量在两番茄的表达不同,低温处理后增加了Moneymaker叶片中hk2的相对表达量,hk4的相对表达量仅在6℃处理6h和9℃处理9h后高于对照,6℃处理3h后,fk2的相对表达量就高于对照,而9℃处理在9h后才高于对照。夜间低温胁迫均降低了LA1777叶片中hk2,hk4和fk2的相对表达量,12h后两个基因型中hk2,hk4和fk2的相对表达量与对照无显著差异。

论文目录

• 缩略词
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 夜间低温对不同类型番茄抗逆生理指标的影响
• 第一节 夜间低温对不同类型番茄幼苗渗透调节物质和抗氧化酶的影响
• 第二节 夜间低温对不同类型番茄叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响
• 本章讨论
• 第二章 夜间低温对不同类型番茄苗期基因表达谱及碳水化合物代谢的影响
• 第一节 夜间低温下不同类型番茄苗期基因表达谱的变化
• 第二节 夜间低温对不同类型番茄苗期碳水化合物代谢的影响
• 第三节 夜间低温对不同类型番茄苗期糖代谢关键基因表达机制的影响
• 本章讨论
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位论文期间发表文章