混合盐碱胁迫下苹果砧木的抗性生理和蛋白组学分析

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 15次 | 上传用户:fugoolisk
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土壤盐碱化在世界各地日益严重,威胁着植株的正常生长发育及代谢生理活动,尤其严重制约着西北黄土高原产区的苹果产业,生产中常选用抗盐性较强的砧木以缓和盐碱胁迫,研究抗性强的砧木对盐碱胁迫的响应机制,揭示其耐盐性机理对苹果生产极其重要。本试验以苹果砧木垂丝海棠(Mallus halliana Koehen)(CS)和山定子(Malus baccata(Linn.)Borkh.)(SDZ)为试材,采用盆栽实验法,浇灌不同浓度的盐/碱混合溶液:0mmol·L-1、50mmol·L-1、100mmol·L-1、150mmol·L-1和200mmol·L-1NaCl+NaHCO3(按物质的量1:1混合)。通过生理指标测定筛选进行组学研究的盐/碱胁迫适宜浓度;同时测定垂丝海棠的光合、荧光参数,观察其叶片显微结构,明确其响应不同浓度混合盐碱胁迫的解剖学特性;采用iTRAQ技术,研究垂丝海棠叶片对混合盐碱胁迫响应的差异蛋白表达,分析其代谢通路。主要研究结果如下:1.混合盐碱胁迫40天后,在100 mmol·L-1胁迫下,CS仍保持正常生长,SDZ则呈现明显的盐害表型,在150、200 mmol·L-1盐碱胁迫下CS叶片萎蔫失水,SDZ叶片全部干枯,植株死亡。随着胁迫时间的延长,CS叶绿素含量呈缓慢下降趋势,SDZ则在胁迫20天后迅速下降。CS和SDZ的总有机酸、可溶性糖、脯氨酸含量、电导率均随着盐碱胁迫时间的延长而升高,且CS在100 mmol·L-1混合盐碱胁迫下升高程度均显著低于150和200 mmol·L-1胁迫的。CS和SDZ的SOD呈先升后降的趋势,POD则持续升高,在100mmol·L-1混合胁迫下酶活性均为最高。将各浓度胁迫下的8个生理指标进行主成分分析,综合评价两种砧木的抗盐碱性能,结果显示:山定子在50、100、150、200 mmol·L-1混合胁迫下的综合评分均为负值,而垂丝海棠在150和200 mmol·L-12个高浓度下的综合评分为负值,100 mmol·L-1为正值,表明100 mmol·L-1NaCl+NaHCO3的胁迫为垂丝海棠的临界浓度。2.在不同混合盐碱胁迫下,随着胁迫时间的延长,垂丝海棠叶片的Pn、Gs、Ci、Tr、F0、Fv/Fm、ETR和ΦPSII、qP均逐渐降低,而WUE、Y(NPQ)、Y(NO)、qN总体呈上升趋势。随着胁迫处理浓度的增加,叶片栅栏组织细胞长度变短且排列变的疏松,海绵组织也变得疏松,间隙逐渐发达。在100 mmol·L-1胁迫下,叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均为最厚,显著高于对照和其他处理组。3.10叶龄垂丝海棠幼苗在100mM NaCl+NaHCO3胁迫至5d时,叶片发黄,但呈鲜嫩状态,植株正常生长,到7d时,接近根部叶片干枯皱缩,到9d,整株死亡。随着时间的延长,根系活力呈先升后降的趋势,叶片含水量逐渐降低,Na+/K+比值逐渐升高。根、茎、叶中钾离子的含量均逐渐降低,且同期根中钾离子含量最高,显著高于茎和叶中的,茎中的含量最低;根、茎、叶中钠离子含量急剧升高,根中的钠离子含量最高,其次为叶的。4.100mM NaCl+NaHCO3胁迫至5d时,运用iTRAQ技术,鉴定筛选出垂丝海棠幼苗叶片响应混合盐碱胁迫的差异蛋白总共179个,其中上调的蛋白有105个,下调的蛋白74个。利用GO富集、KEGG pathway分析,分析得到55个蛋白酶类参与30个通路。差异蛋白相关酶类参与的代谢通路有光合、光合碳固定、三羧酸循环、乙醛酸循环、糖酵解途径、氨基糖和核酸糖代谢、丙酮酸代谢、抗坏血酸代谢、植物激素信号转导、苯丙酸的生物合成、蛋白合成及其加工、核糖体蛋白等。参与能量代谢的蛋白所占比例最高,为50.00%,其中光合作用和光合碳固定相关的蛋白所占比例为11.82%,碳水化合物代谢的相关蛋白有38.18%;参与核苷酸和氨基酸代谢的为25.45%,蛋白质合成及加工的6.36%,脂质代谢6.36%,植物激素信号转导4.55%,苯丙酸生物合成7.27%。
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