【摘 要】
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扁蓿豆（Medicago ruthenica）种质资源丰富,是苜蓿属内抗逆性较强的多年生草种,可以为牧草育种提供优良的基因资源。低温是影响牧草生长发育、产量和品质的重要因素之一,碳、氮代谢作为植物主要的基础代谢,在其生长发育、抗逆境胁迫中发挥重要作用。因而开展扁蓿豆碳氮代谢规律与其抗寒性关系的研究,对揭示扁蓿豆抗寒的分子调控机制以及豆科牧草抗寒性改良具有重要意义。本研究通过比较不同扁蓿豆材料在两个
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扁蓿豆（Medicago ruthenica）种质资源丰富,是苜蓿属内抗逆性较强的多年生草种,可以为牧草育种提供优良的基因资源。低温是影响牧草生长发育、产量和品质的重要因素之一,碳、氮代谢作为植物主要的基础代谢,在其生长发育、抗逆境胁迫中发挥重要作用。因而开展扁蓿豆碳氮代谢规律与其抗寒性关系的研究,对揭示扁蓿豆抗寒的分子调控机制以及豆科牧草抗寒性改良具有重要意义。本研究通过比较不同扁蓿豆材料在两个试验区主要农艺性状的表现,揭示其叶、茎和根颈在不同生育时期以及根颈在越冬前后的碳氮代谢规律,探究根颈特征和物质积累动态与其产量、越冬率的关系。进一步结合生理生化、基因和物质等组学数据分析,探讨扁蓿豆在越冬前后和温控条件下的抗寒机制。研究结果如下:1.扁蓿豆在两试验区的根颈重、入土深度、直径、周长、导管平均数量、韧皮部厚度与地上生物量呈显著正相关;不同材料间农艺性状的差异主要是由各材料的遗传特性决定的,但在土壤含水量、p H值与碳氮比较高的条件下碳、氮代谢水平高,同时茎叶比、株高、地上生物量相对较高。2.扁蓿豆从分枝期到结荚期,根颈的主要含碳和含氮化合物含量不断增加;而叶和茎中的可溶性糖含量在花期相对较高。越冬率与越冬期根颈的入土深度、直径、周长、鲜重以及可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量、SS活性均具有较高的正相关性。大田自然越冬时根颈中和温控低温胁迫时根系中的生理生化指标与冷诱导基因MRHSP70、MRHLH、MRPP2C相对表达量均会随着温度的变化,发生不同程度的响应。低温冷害胁迫能够提高直立型扁蓿豆叶、茎和根中SS和GS活性以及根冠比,增加碳和氮总百分含量、δ13C和δ15N。3.直立型扁蓿豆中脂质和黄酮类物质、氨基酸及其衍生物以及ERF、b HLH、MYB等家族的转录因子在抗低温胁迫中发挥重要作用。直立型扁蓿豆中差异表达基因数量、KEGG富集代谢通路数和富集程度随低温胁迫时间的延长而增加。差异表达基因与差异代谢物主要富集在代谢途径、次生代谢产物的生物合成、碳水化合物代谢、脂质代谢和氨基酸代谢相关的代谢通路。4.低温胁迫主要影响直立型扁蓿豆的氨基酸代谢途径和碳水化合物代谢途径中的代谢通路,其中GS1、GSH2、BMY1、SUS6、BAM3、AMY3等基因以及L-缬氨酸、L-亮氨酸、脯氨酸、D-海藻糖、D-蔗糖等小分子化合物在低温冷冻胁迫调控机制中发挥重要作用。这两个途径中涉及的差异表达基因与差异代谢物具有较高的相关性。
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