【摘 要】
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随着全球气候变暖加剧,生产中茭白幼苗定植后与孕茭期极易遭遇高温天气,严重影响茭白产量与品质。本文以双季茭白龙茭2号(Zizania latifolia)为实验材料,研究了28-高油菜素内酯(HBL)对茭白幼苗高温抗性的具体调控作用;初步探讨了热驯化与茭白幼苗高温抗性之间的关系;鉴定并分析了茭白热激转录因子(HSF)基因家族,不仅为实际生产中解决高温胁迫难题提供可行思路,也为未来茭白耐热种质资源创造
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随着全球气候变暖加剧,生产中茭白幼苗定植后与孕茭期极易遭遇高温天气,严重影响茭白产量与品质。本文以双季茭白龙茭2号(Zizania latifolia)为实验材料,研究了28-高油菜素内酯(HBL)对茭白幼苗高温抗性的具体调控作用;初步探讨了热驯化与茭白幼苗高温抗性之间的关系;鉴定并分析了茭白热激转录因子(HSF)基因家族,不仅为实际生产中解决高温胁迫难题提供可行思路,也为未来茭白耐热种质资源创造奠定基础。主要结果如下:第一,明确了外源HBL对茭白幼苗高温抗性的促进作用,具体表现为高温胁迫下(42℃,24 h),连续3 d早晚喷施0.5 ppm HBL能缓解茭白遭受的高温伤害、保护茭白叶片光合系统、提高茭白叶片抗氧化系统活性、减轻茭白氧化胁迫。(1)HBL有利于在高温胁迫下保持茭白正常形态。高温处理下,HBL喷施预处理组植株较为挺立、叶片末端枯死区域较少,叶片含水量与高温对照组相比显著提高了57.1%,相对电导率(REL)降低了26.9%;(2)HBL能够在高温胁迫下保护茭白叶片光合系统。与高温对照相比,喷施HBL后,茭白幼苗叶片净光合效率、最大光化学效率(Fv/Fm)、叶绿素含量、气孔开放程度显著提高,叶绿体微观结构更为稳定,快速叶绿素荧光动力学曲线(O-J-I-P)中J端和I端荧光值显著提高;(3)高温胁迫下HBL能够提高茭白幼苗抗氧化系统清除活性氧的能力。外源处理HBL后,茭白叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性以及抗坏血酸/脱氢抗坏血酸(As A/DHA)、还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)的比值都显著高于高温对照组,并且APX蛋白积累量也显著提高;(4)HBL有效缓解了高温对茭白幼苗的氧化胁迫。高温处理后,茭白幼苗体内氧化还原平衡状态被打破,但HBL能够显著减少丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)的积累,缓解茭白幼苗总蛋白的氧化胁迫。第二,明确了热驯化对茭白幼苗高温抗性的促进作用,具体表现为32℃,2 d热驯化预处理可以减轻高温胁迫(42℃,24 h)伤害、提高茭白幼苗的光合能力、增加渗透调节物质的积累,提高抗氧化系统活性。(1)热驯化有利于减轻茭白幼苗热害症状,保护细胞膜的选择透性;(2)热驯化使高温胁迫下叶片净光合效率、Fv/Fm的下降程度显著减小;(3)高温胁迫下热驯化能够提高茭白SOD与APX的活性并减少MDA含量,减轻氧化胁迫;(4)热驯化可以使植物提前积累更多的渗透调节物质,如脯氨酸(Pro)、可溶性糖,来应对未来的高温胁迫。第三,对茭白HSF基因家族进行鉴定并分析,(1)鉴定出28个茭白HSF基因,氨基酸长度范围介于239 aa到661 aa、理论等电点(p I)范围为4.89~11.63、分子量范围为16.77 k Da~101.29 k Da、不稳定系数均大于40;(2)多序列比对发现其DNA结合域(DBD)具有高度保守性,长度约为100 aa而且都由相同的4个保守基序(Motif)组成(motif 1、motif 2、motif 3、motif 4);(3)在HSF上游2000bp启动子区域中发现多种胁迫相关的响应元件,如脱落酸响应元件(Abscisic acid response element)ARBE和WRKY响应元件;(4)茭白HSF基因家族划分成A、B、C三类,其中A类有17个,B类有7个,C类有4个;(5)Zl HSF-04、Zl HSF-12、Zl HSF-27的上调倍数随着高温胁迫时间的增加而增加,在42℃高温处理12h后,分别达到了37、36、44倍,表明这3个热激转录因子可能参与茭白对高温胁迫的响应;(6)绘制HBL与热驯化处理后高温胁迫下HSF基因的表达谱,筛选出响应HBL与热驯化的家族成员。综合上述结果,本论文探究了HBL与热驯化对茭白幼苗高温抗性的调控作用,发现外源HBL和热驯化预处理能够一定程度提高茭白幼苗的高温抗性,为未来生产中克服高温障碍提供了可行建议;鉴定并筛选了响应高温与HBL的HSF基因,为未来创造耐热茭白种质资源提供了理论基础。
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