基于核磁共振波谱的盐芥盐胁迫代谢组学分析

摘要

本文以盐生模式植物盐芥(Thellungiella salsuginea)为研究对象，运用基于1H-NMR的植物代谢组学技术对盐胁迫条件下的盐芥莲座叶进行研究，检测并分析主要代谢物对于盐胁迫的响应，初步构建盐芥在盐胁迫下的代谢网络，以代谢物含量变化为基础分析盐芥在盐胁迫下的代谢响应策略。
　　本实验利用1H-NMR技术在盐胁迫下的盐芥莲座叶中共检测出23种小分子有机化合物，其中包括11种氨基酸、6种有机酸、4种糖类物质和两种季胺类化合物。主成分分析表明，150 mmol/L、300 mmol/L NaCl处理盐芥的代谢组与对照均有显著差异(p＜0.05)，两种浓度的NaCl处理对盐芥代谢组的影响也不相同。代谢物的含量分析、聚类分析和相关性分析显示出各代谢物不同的盐胁迫应答模式和彼此间复杂的相互关系。
　　以定量检测的代谢组学数据为基础，利用VANTED软件构建了在盐胁迫下盐芥莲座叶主要代谢物的代谢途径及其组成的代谢网络。这些代谢物主要参与了糖类代谢途径、氨基酸合成途径、三羧酸循环和甜菜碱合成途径。主要代谢物的含量变化结合代谢物的功能分析帮助我们理解盐芥各代谢物在植物渗透调节、胁迫防御和能量代谢等生理调控过程中的作用，以及盐芥代谢组应答盐胁迫的基本策略，即:预期性积累渗透调节物质;全过程降低氧化胁迫对植物的损伤;增加供能物质来源，缩短供能代谢途径。

目录

摘要

1 绪论

1．1 土壤盐渍化

1．2 植物耐盐机制的研究

1．2．1 盐分对植物的胁迫作用

1．2．2 植物耐盐机制

1．3 代谢组学概述

1．3．1 代谢组学的概念

1．3．2 代谢组学研究的对象

1．3．3 代谢组的优势和应用

1．3．4 代谢组学的研究技术

1．3．5 基于NMR的代谢组学方法

1．4 盐生模式植物——盐芥

1．4．1 盐生植物简介

1．4．2 盐芥的系统分类地位

1．4．3 盐芥的生物学特性

1．4．4 盐芥耐盐机制的研究概况

1．5 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 植物材料培养及处理

2．2 盐芥代谢组样品提取

2．3 核磁共振检测和1H-NMR波谱数据采集

2．4 1H-NMR波谱数据预处理

2．5 盐芥响应盐胁迫代谢组学数据分析

3 结果与分析

3．1 盐胁迫下盐芥的形态学表现

3．2 盐胁迫下盐芥代谢组H-1 NMR波谱分析

3．3 盐胁迫下盐芥莲座叶代谢组主要代谢物鉴定

3．4 盐芥响应盐胁迫代谢组的主成份分析

3．5 盐芥响应盐胁迫的各代谢物含量变化分析、聚类分析和相关分析

4 讨论

4．1 盐芥响应盐胁迫的代谢途径分析

4．1．1 糖类物质代谢途径

4．1．2 三羧酸(TCA)循环

4．1．3 氨基酸代谢途径

4．1．4 甜菜碱代谢途径

4．2 盐芥代谢组响应盐胁迫基本策略的初步探讨

5 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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