香石竹切花的气孔特征及其光响应研究

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香石竹(Dianthus caryophyllus L.)作为国内外的四大切花之一,深受消费者喜爱。然而,该切花易发生花瓣萎蔫及花茎弯折等品质劣变现象,并直接影响其观赏品质和商品价值。与其他许多切花类似,香石竹采后水分亏缺症状的发生主要源于水分散失量超过了水分吸收量。气孔是植物与外界进行水分与气体交换的主要通道,可响应光暗而调节自身开闭状态,进而调控植物的水分蒸腾。目前通常认为切花采后的水分散失主要经由叶片上气孔进行,但陆续有研究报道部分切花非叶部位存在的气孔也很可能在水分散失中起着不可忽视的作用。为此,本论文以香石竹切花(Dianthus caryophyllus?Master?)为试材,首先观察分析了该切花不同器官和组织的气孔分布及其主要形态特征,然后研究了不同光强和光质处理对各部分气孔开放及花枝水分散失的影响,并基于转录组测序分析着重研究和探讨了香石竹切花叶片响应蓝光的分子机制。主要研究结果如下:1.采用扫描电镜观察和分析香石竹切花不同器官和组织的气孔分布以及气孔的形态参数发现:(1)该切花气孔主要分布在叶片上、下表皮和茎表皮,同时在花托和萼片的外表皮上也有少量气孔分布,而花瓣内外表皮、花托与萼片的内表皮则未见有气孔分布;(2)切花不同部位的气孔密度和大小存在明显差异,且形态也有所不同。其中,叶片上表皮和花托外表皮的气孔为近圆形,叶片下表皮和萼片外表皮的气孔是椭圆形,而茎表皮的气孔则为长椭圆形;(3)茎表皮气孔密度最大,甚至大于叶片上、下表皮;(4)叶片上表皮的相对气孔面积大于下表皮,且两者的相对气孔面积远大于茎表面及其他部位。2.研究完整、除去叶片和同时除去叶片和花朵(即仅留茎干)的香石竹切花在12 h光/12 h暗交替下水分散失特点得知:(1)完整和去叶的香石竹切花失水速率变化具有明显的昼夜节律性,且前者明显强于后者。另外,仅留茎干的香石竹切花失水速率变化也具有弱的昼夜节律性;(2)完整香石竹切花的日累积失水量明显高于去叶处理,而去叶处理香石竹的日累积失水量又明显高于仅留茎干的香石竹。3.研究不同白光光强对香石竹切花气孔开放及水分散失的影响可知:(1)香石竹切花不同器官和组织的气孔开放对不同光强的响应存在差异,其中以叶片上、下表皮的气孔响应最快,花托外表皮的气孔次之,茎表皮的气孔响应最慢;(2)随着光强增加,香石竹切花水分散失逐渐增多,但光强50和100μmol m–2 s–1之间并无显著差异。4.研究同一光强(100μmol m–2 s–1)的不同光质对香石竹气孔开放及水分散失的影响可知:(1)不同器官和组织的气孔开放对不同光质的响应有显著差异,就蓝光、白光、红光和绿光4种光质而言,叶片上、下表皮的气孔响应最快,花托外表皮的气孔次之,茎表皮的气孔响应最慢;(2)蓝光、白光、红光和绿光均可促进香石竹切花的气孔开放与水分散失,其中以蓝光的促进效应最强,且远大于其他光质;(3)红光和绿光对香石竹气孔开放和失水的促进效果无明显的差异。5.香石竹切花叶片蓝光处理转录组测序共获得55219条Unigenes,其N50为2009,各样品Q30均在95%以上,表明此次测序结果准确且可靠。通过与多个蛋白数据库进行比对,共28869个Unigene获得功能注释结果,占总Unigene数的55.28%;对黑暗处理(对照)和蓝光处理进行差异基因分析,共筛选出仅在蓝光处理差异表达而在黑暗处理变化无明显差异的基因3978个,KEGG富集分析发现其参与的主要代谢通路为代谢途径、次生物质生物合成途径、碳代谢及淀粉和蔗糖代谢等。6.挑选部分Unigenes进行q-PCR验证试验表明,两者结果虽然总体表达趋势一致,证实转录组测序的可靠性。进一步分析气孔运动相关重要基因的表达特点发现,除了部分基因被蓝光抑制表达外,大部分基因被蓝光特异诱导表达,但各基因的响应模式并不完全相同,其中部分基因在蓝光处理1 h便上调表达,而也有部分基因在蓝光处理3 h才上调表达。
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