钙对半夏生理生化的影响及探究茉莉酸在半夏珠芽中的差异表达

摘要

半夏，Pinellia ternata(Thunb.)Breit，古称守田，又称半月莲、三步跳、地八豆、蝎子草、麻芋果等，为多年生单子叶草本，是天南星科药用植物，其块茎经炮制干燥可入药，性温味辛，具有降逆止呕、燥湿化痰、消痞散结的功效，是中国传统治痰止吐中药。钙元素是细胞壁和细胞间层的主要组成成分之一，能够参与蛋白质和碳水化合物的合成，调节植物的生理代谢。本研究在6-8月对半夏进行不同浓度的钙处理，比较半夏抗氧化系统的生理特性变化、光合生理参数的变化以及有效成分积累的变化，并探讨半夏钙肥的施用浓度，为大面积合理栽培种植半夏，提高产量提供理论依据，为系统分析钙对半夏的调节提供了参考。
　　本研究以提高半夏产量、优化栽培种植技术为主线，不仅探究生理生化水平上的影响因素，还探究激素水平上的调控因素。茉莉酸是一种广泛存在于植物中的一种生长调节激素，在植物的生长发育和胁迫响应过程中通常以信号分子方式参与，对植物根的生长，球茎的形成，果实成熟等生长发育过程有着重要的调控作用。珠芽繁殖作为半夏的重要繁殖方式，对其进行高通量测序，经过差异基因表达分析，发现茉莉酸在珠芽中显著表达。因此探究茉莉酸在珠芽中显著表达的分子调控机制，对提高半夏珠芽产量及品质提供科学指导，奠定分子基础和数据支持。本研究主要研究结果如下:
　　1.以浙江杭州为种植地，基于抗氧化活性指标为参照，实验结果表明钙离子对半夏POD、CAT、SOD三种酶活性均有促进作用，当Ca2+浓度逐渐升高时，三者活性呈现先升后降的趋势，至600mg/L浓度时三种酶活性最高且渗透调节物质含量也较高;同时Ca2+处理可降低MDA含量和超氧自由基含量，二者含量呈现先降后升趋势，在600mg/L浓度时最低;这说明600mg/L浓度钙处理能提高半夏的抗氧化系统的作用，促进半夏生长。
　　2.随着Ca2+浓度升高明显提高了叶绿素含量，同时电子传递速率(ETR)、光合量子产量(Yield)和光化学猝灭系数(qP)呈先升后降的趋势，非光化学猝灭系数(NPQ)呈先降后升趋势;600mg/L浓度Ca2+处理下NPQ较低，qP较高，Yield较高，ETR也有所增强;同时还显著提高了叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾作用(Tr)，降低了胞间CO2浓度(Ci)。由此可知，钙离子提高了叶绿素含量，改善了叶绿素荧光参数，进而促进生理代谢，改善光合作用，这对提高半夏的抗逆性有着重要的调节作用。
　　3.随着Ca2+浓度升高渗透调节物质含量呈现规律变化，半夏叶片可溶性蛋白含量、总生物碱含量、总可溶性糖含量及鸟苷、腺苷含量均呈现先升后降的趋势，在400mg/L～600mg/L浓度范围内维持较高水平;因此，在半夏全苗期叶面喷施中等浓度的钙肥，有利于半夏有效成分的积累。
　　4.利用高通量测序技术，对半夏珠芽和茎进行转录组测序，经过NR、KOG、GO和KEGG pathway等数据库比对、珠芽和茎的基因表达量分析，共筛选出7个涉及茉莉酸(JA)代谢相关差异表达的基因，通过GO注释和KEGG分析，得出参与茉莉酸代谢途径调控的7个差异表达基因注释到四种关键酶，其中包括脂肪氧合酶(lipoxygenase，LOXs)(comp53749_c0_seq1)、12-氧-植物二烯酸还原酶(12-oxophytodienoic acid reductase，OPRs)(comp48844_c0_seq5)、软磷脂酶(phospholipase A2，PLA2s)(comp49877_c0_seq1，comp49877_c0_seq4，comp49877_c0_seq6and comp49877_c0_seq7)、丙二烯氧化物环化酶(allene oxide cyclase，AOC)(comp39838_c0_seq6)。通过qRT-PCR验证和差异基因显著性分析得出:这四种酶涉及茉莉酸的合成代谢途径，在半夏珠芽中的表达量高于茎。
　　综上所述，在半夏全苗期喷施适宜浓度的钙肥有利于半夏的生长，同时茉莉酸在珠芽中的差异表达可能影响珠芽的形成。

目录

声明

摘要

缩写语

第一章 绪论

1．1 半夏生物学和生态学特性

1．2 半夏的化学成分

1．2．1 生物碱类

1．2．2 黄酮类

1．2．3 凝集素类

1．2．4 挥发油类

1．2．5 多糖类

1．2．6 无机元素

1．2．7 氨基酸类

1．3 半夏的药理活性研究

1．3．1 半夏药理作用

1．3．2 抗肿瘤作用

1．3．3 抗菌作用

1．3．4 抗早孕作用

1．4 钙元素对半夏生长的影响

1．4．1 钙元素在植物体中的调控作用

1．4．2 钙元素参与植物的抗氧化作用

1．4．3 钙元素参与植物的光合生理调控

1．4．4 钙元素参与植物逆境中的调控

1．5 高通量测序技术的应用

1．6 研究目的、意义及研究内容

第二章 不同钙离子浓度对半夏叶抗氧化系统的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 生理指标测定

2．1．3 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 不同钙浓度对叶片SOD活性的影响

2．2．2 不同钙浓度对叶片POD活性的影响

2．2．3 不同钙浓度对叶片CAT活性的影响

2．2．4 不同钙浓度对叶片MDA含量的影响

2．2．5 不同钙浓度对叶片超氧阴离子自由基(O2-)含量的影响

2．2．6 不同钙浓度对叶片蛋白含量的影响

2．2．7 不同钙浓度对叶片脯氨酸(Pro)含量的影响

2．3 讨论

第三章 不同钙离子浓度对半夏叶光合生理的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 叶绿素含量测定

3．1．3 叶绿素荧光参数测定

3．1．4 光合作用参数测定

3．1．5 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 不同钙浓度对叶片叶绿素含量的影响

3．2．2 不同钙浓度对叶片叶绿素荧光参数的影响

3．2．3 不同钙浓度对叶片光合参数的影响

3．3 讨论

第四章 不同钙离子浓度对半夏有效成分含量的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 高效液相色谱法测定肌苷、鸟苷含量

4．1．3 测定半夏块茎总生物碱含量

4．1．4 测定半夏块茎总可溶性糖含量

4．2 结果与分析

4．2．1 不同钙处理对半夏块茎鸟苷、肌苷的影响

4．2．2 不同钙处理对半夏多糖含量的影响

4．2．3 不同钙处理对半夏生物碱含量的影响

4．3 讨论

第五章 基于高通量测序探究茉莉酸在半夏珠芽中的差异表达

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．2．1 实验材料

5．2．2 利用Hiseq 2500 sequencing平台对文库测序

5．2．3 测序数据组装

5．2．4 Unigene功能注释

5．2．5 qRT-PCR验证分析

5．3 结果与分析

5．3．1 测序结果分析

5．3．2 珠芽差异基因注释分析

5．3．3 基于RNA-Seq数据差异表达基因的qRT-PCR验证结果分析

5．4 讨论

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附件

研究生期间研究成果

致谢