CO2加富和干旱胁迫下黄瓜叶片叶绿体蛋白质组学分析

摘要

本试验以‘津优35号’黄瓜为试材，研究了黄瓜幼苗在CO2加富和干旱胁迫下的形态指标和生理特性，并通过 iTR AQ技术对黄瓜叶片叶绿体蛋白质组进行了分析。采用裂区设计，主区为 C O2浓度处理，裂区为水分处理。其中 CO2浓度处理为大气 C O2浓度（400μmol·mol-1，用A表示）和CO2加富（800±20μmol·mol-1，用E表示），水分处理为对照（营养液，用0表示）、中度干旱胁迫（营养液+5％聚乙二醇6000，用1表示）和重度干旱胁迫（营养液+10%聚乙二醇6000，用2表示）。主要研究结果如下：
　　1. CO2加富显著提高了三种水分处理下黄瓜的株高、茎粗、叶面积和叶片相对含水量。C O2加富显著提高了中度和重度干旱胁迫下黄瓜叶片的净光合速率。与大气C O2相比，CO2加富使干旱胁迫下Fm的下降程度和NPQ的升高程度都减小。CO2加富明显降低了中度和重度干旱胁迫下OJIP曲线中J峰和K峰的荧光强度。
　　2.通过iTRAQ技术共鉴定到2046个蛋白质，从中我们选取具有重要功能和最高可信度的差异表达蛋白质进行了统计分析。差异表达蛋白质功能主要涉及光合作用、色素的生物合成、胁迫及防御响应、氧化还原平衡和代谢通路等方面。
　　（1）光反应相关蛋白（PSII反应中心蛋白、叶绿素 a-b结合蛋白、PSI装配蛋白Ycf4和PSI反应中心亚基VI-2等）在中度和重度干旱胁迫下表现为下调。CO2加富提高了对照下psbJ和PSII叶绿素a-b结合蛋白的丰度以及中度干旱胁迫下psb J和PS I反应中心亚基VI-2的丰度。
　　（2）类胡萝卜素合成相关蛋白（胡萝卜素ε-单氧酶、叶黄素缺乏蛋白、八氢番茄红素合成酶和玉米黄素环化酶）在中度和重度干旱胁迫下表现为下调。叶绿素合成相关蛋白（原叶绿素酸酯还原酶、四吡咯-结合蛋白和镁-螯合酶亚基ChlH）在中度干旱胁迫下表现为下调，而镁-螯合酶亚基 ChlI-2在重度干旱胁迫下表现为下调。CO2加富提高了对照下镁-螯合酶亚基ChlI-2的丰度，而降低了干旱胁迫下尿卟啉原脱羧酶和四吡咯-结合蛋白的丰度。
　　（3）胁迫响应蛋白（质体-脂质关联蛋白、PLAT域包含蛋白、胚胎发育晚期丰富蛋白、谷胱甘肽转移酶、热激蛋白等）在中度和重度干旱胁迫下都表现为上调。C O2加富减少了干旱胁迫下产生的丙二醛等有毒醛类或酮类。
　　（4）大气CO2下，中度和重度干旱胁迫都使铁蛋白丰度上调，而PHGPx只在中度干旱胁迫下上调。中度和重度干旱胁迫使GSH、ASA含量以及抗氧化酶（SOD、POD、CAT和APX）活性提高。CO2加富提高了中度和重度干旱胁迫下抗氧化酶的活性，而且使重度干旱胁迫下硫氧还蛋白家族蛋白丰度上调，说明CO2加富能够在一定程度上提高干旱胁迫下黄瓜的抗氧化能力。
　　（5）CO2加富使重度干旱胁迫下苏氨酸脱水酶丰度上调、异亮氨酸合成增加、脯氨酸含量显著提高，说明CO2加富会通过提高干旱胁迫下渗透调节物质的表达和含量来提高黄瓜的抗干旱能力。
　　综上所述，黄瓜幼苗会通过调节相关蛋白的表达来对干旱胁迫做出响应，以提高其在干旱环境下的适应能力。CO2加富会通过调节相关蛋白的表达来提高干旱胁迫下的净光合速率、抗氧化能力和渗透调节能力，减轻干旱胁迫造成的光破坏和有毒物质积累，在一定程度上缓解黄瓜的干旱胁迫。

目录

声明

符号说明

1 前言

1.1 CO2加富对植物影响的研究进展

1. 2 干旱胁迫对植物影响的研究进展

1. 3 叶绿体蛋白质组学研究进展

1. 4 本研究的目的与意义

2 材料与方法

2. 1 试验设计和实验条件

2. 2 生理指标测定方法

2. 3 叶绿体定量蛋白质组学分析

3 结果与分析

3.1 CO2加富和干旱胁迫对黄瓜生长及生理特性的影响

3.2 CO2加富和干旱胁迫对黄瓜叶绿体蛋白质组的影响

4 讨论

4. 1 光合作用相关蛋白

4. 2 色素合成相关蛋白

4. 3 胁迫及防御响应相关蛋白

4. 4 氧化还原平衡相关蛋白

4. 5 代谢途径相关蛋白

5 结论

参考文献

致谢

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