低温胁迫下菊花叶片生理生化特性及脂肪酸去饱和酶基因表达分析

摘要

菊花(Chrysanthemum morifolium)是菊科菊属的多年生宿根草本花卉，世界四大切花之一，在花卉生产中占有重要位置。目前利用温室栽培已经实现菊花的周年生产和供应，但在冬季，尤其是高纬度地区，通过大棚等设施加温提高菊花栽培环境温度，不仅增加了菊花的生产成本，降低了经济效益;而且大量化石能源的使用也加重了环境污染。因此探索低温胁迫下菊花的生理和分子响应机制，进而了解低温条件下菊花的生理生化特征，培育和筛选具有耐寒能力的菊花新品种具有重要意义。
　　本实验以秋菊品种‘金龙腾云’为实验材料，研究不同低温和时间处理下菊花叶片叶绿素含量、叶绿素荧光特性、抗氧化酶活性及MDA含量、膜脂脂肪酸成分等生理生化指标的变化，并通过转录组数据筛选和克隆出菊花脂肪酸去饱和途径中三个重要的限速酶基因CmSAD、CmFAD2和CmFAD7，研究实验条件下CmSAD、CmFAD2和CmFAD7相对表达量的变化，探讨低温处理下菊花的抗寒机制:
　　(1)本研究中菊花叶片chla、chlb和chl(a+b)含量随着处理时间的延长和处理温度的降低呈现出逐渐下降的趋势，与对照组相比，4、-4、-8℃处理12h，chl(a+b)含量分别下降了23.2％、45.7％和49.9％。4℃处理12h菊花叶片Fv/Fm、Fv/Fo和qP均表现出不同程度的下降，NPQ则呈现出上升的趋势;而-4、-8℃条件下Fv/Fm、Fv/Fo、qP和NPQ表现出降低趋势，-8℃处理12h，qP、NPQ几乎为0。
　　(2)低温处理3h，菊花叶片SOD活性与16℃相比有升高趋势;随着低温处理时间的延长，不同温度下SOD活性表现出差异。4℃低温下，SOD活性显著升高;而在-4℃和-8℃处理组，处理12h后，-4℃和-8℃处理组菊花叶片SOD活性分别降低了11.6％和17.6％。处理6h，4℃、-4℃和-8℃处理组，POD活性均呈现出升高的趋势，而后随着时间的延长，4℃处理组逐渐平稳;而-4℃和-8℃处理组呈现出逐渐降低的趋势，处理12h后，-4℃和-8℃处理组POD活性分别降低了17.7％和24.6％。4℃处理组处理3hCAT活性略受抑制，而后随着处理时间的延长菊花叶片CAT活性逐渐上升。-4℃和-8℃处理组，CAT活性随处理时间的延长逐渐降低，处理12h分别降低了22.3％和23.8％。而与对照相比，随着处理时间的延长菊花叶片MDA含量呈上升趋势。与16℃相比，4、-4、-8℃下处理12h时，MDA含量分别增长了17.3％、54.2％和60.7％。;与对照组相比，低温下处理12h时，MDA含量分别增长了17.3％、54.2％和60.7％。
　　(3)随着低温处理时间的延长，4℃和-4℃处理组菊花叶片中棕榈酸含量逐渐降低，处理12h后，棕榈酸含量分别下降了22.80％和32.9％，而-8℃处理3h，棕榈酸含量有下降趋势，随着处理时间的延长棕榈酸含量变化趋于平缓。4℃和-4℃处理组菊花叶片中亚麻酸呈现升高的趋势，处理12h后，亚麻酸含量分别增长了5.5％和8.7％，而-8℃处理3h，亚麻酸含量有升高趋势，随着处理时间的延长亚麻酸含量趋于稳定。亚油酸含量与亚麻酸含量变化趋势相似。
　　随着低温处理时间的延长，4℃和-4℃处理组菊花叶片不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸比率(USFA/SFA)呈现出逐渐升高的趋势，处理12h，4℃和-4℃处理组USFA/SFA分别增长了34.0％和60.5％。而-8℃处理组，USFA/SFA在处理初期有上升趋势，而后变化趋于平缓。而低温下膜脂脂肪酸不饱和指数和USFA/SFA变化趋势相似，处理12h，4℃和-4℃处理组分别增长了6.8％和10.5％。
　　(4)低温胁迫下，菊花叶片CmSAD、CmFAD2和CmFAD7基因相对表达量较不规律。4℃和-4℃处理下，菊花叶片CmSAD、CmFAD2和CmFAD7基因相对表达量在处理9h时均达到最高值。而-8℃处理下，菊花叶片CmSAD、CmFAD2和CmFAD7三个基因相对表达量随着处理时间的延长呈现出下降的趋势，处理12h时CmSAD、CmFAD2和CmFAD7的基因表达量几乎为0。CmSAD、CmFAD2和CmFAD7基因表达量与菊花叶片中IUFA呈正相关。且-4℃和-8℃低温处理下，IUFA与CmSAD的基因表达量相关系数分别为0.8782、0.7677;IUFA与CmFAD2的基因表达量相关系数分别为0.5814和0.5244;IUFA与CmFAD7的基因表达量相关系数分别为0.9487和0.771，均达到显著相关性。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 植物抗寒生理生化研究进展

1．1．1 生物膜与植物抗寒性

1．1．2 叶绿素荧光与植物抗寒性

1．1．3 抗氧化系统与植物抗寒性

1．1．4 膜脂脂肪酸与植物抗寒性

1．2 植物脂肪酸去饱和酶基因研究进展

1．2．1 脂酰-ACP去饱和酶基因

1．2．2 脂酰-脂去饱和酶基因研究

2．引言

3．低温胁迫对菊花生理生化的影响

3．1 材料和方法

3．1．1 植物材料

3．1．2 试验设计

3．1．3 试验方法

3．2 数据分析

3．3 结果与分析

3．3．1 低温胁迫对叶绿素含量的影响

3．3．2 低温胁迫对叶绿素荧光参数的影响

3．3．3 低温胁迫对菊花抗氧酶活性和MDA含量的影响

3．3．4 低温胁迫下菊花叶片膜脂脂肪酸组分及相关指标分析

3．4 讨论

3．4．1 低温胁迫下菊花叶绿素荧光特性的响应

3．4．2 低温胁迫下菊花防御体系的响应

3．4．3 脂肪酸组成变化与菊花抗寒性的关系

4．低温胁迫对菊花脂肪酸去饱和酶基因表达的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 植物材料

4．1．2 试验设计

4．1．3 试验试剂

4．1．4 引物设计与合成

4．2 试验方法

4．2．1 总RNA提取与检测

4．2．2 RNA逆转录

4．2．3 实时荧光定量PCR

4．3 数据分析

4．4 结果与分析

4．4．1 总RNA的提取与纯化

4．4．2 引物特异性分析

4．4．3 低温胁迫下菊花叶片脂肪酸去饱和酶基因表达分析

4．5 讨论

5 结论

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献