花后高温胁迫对旱区马铃薯早衰的响应机理研究

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:ary015
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近年来,高温天气频发对喜凉作物马铃薯的安全生产造成一定威胁。为探究花后高温胁迫对旱区马铃薯早衰的响应机理,于2020年与2021年在宁南山区以当地主栽品种(青薯9号)为试验材料,采用单因素随机区组试验设计,设T1(35±2℃)、T2(30±2℃)自然温度、T3(25±2℃)3个温度,块茎形成期于试验小区搭建拱棚模拟人工气候室进行温度处理,研究了高温胁迫对马铃薯叶绿素含量、光合荧光特性、抗氧化酶活性、淀粉含量与淀粉形成关键酶活性、产量以及产量构成的影响。除此之外,并对马铃薯块茎和叶片进行转录组测序分析。主要结果如下:1.高温胁迫显著降低马铃薯的叶面积指数(LAI)、功能叶片的SPAD值、叶绿素a含量、叶绿素b含量和类胡萝卜素含量。两年试验数据显示,高温胁迫后,T1处理的LAI较T3处理下降9.12%~27.45%和 21.56%~26.09%,T1 处理的 SPAD 值较 T3 处理显著降低 13.95%~11.31%和8.09%~8.17%,T1处理的叶绿素a含量较T3处理显著下降45.66%和34.02%,T1处理的叶绿素b含量较T3处理显著降低49.85%和29.39%,T1处理的类胡萝卜素含量较T3处理显著降低16.44%和 37.68%。2.高温处理后马铃薯功能叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(GS)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)均显著降低,T1处理与T3处理相比,净光合速率降低13.4%和23.12%,气孔导度降低20.27%和16.14%,胞间二氧化碳浓度降低8.43%和8.12%,蒸腾速率降低16%和19.72%。除此以外,高温处理后马铃薯功能叶片的Fv/Fm(PSⅡ最大光化学效率)、Fv/Fo(PSⅡ潜在活性)、PI(PSⅡ综合性能参数)均显著下降。3.高温胁迫后,T1处理的相对电导率较T2和T3处理平均升高14.09%、10.13%(2020年)和23.38%、26.31%(2021年),T1处理的丙二醛(MDA)含量将较T3处理平均增加14.05%和19.5%,导致马铃薯早衰。与此同时,高温处理下的脯氨酸(Pro)含量也显著增加,叶片中的抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性均显著升高。由此可见,高温逆境下的马铃薯会通过提升保护酶的活性来抵御逆境伤害。4.高温处理后,马铃薯块茎直链淀粉含量、支链淀粉含量、总淀粉含量均显著降低,且各处理淀粉含量均表现为T1<T2<T3,淀粉形成关键酶(AGPase、UGPase、SSS、SBE、GBSS)的活性均下降显著,温度处理后,T1、T2、T3处理的淀粉形成关键酶活性均表现为T1<T2<T3。由总淀粉积累模拟参数可知,T3处理下的最大淀粉积累速率表现最优。5.高温处理下的马铃薯每穴薯重较常温处理降低20.80%(2020年)和8.96%(2021年),大薯数较常温处理下降25%(2020年),较低温处理下降50%(2021年),其他产量构成因子均无显著差异,最终的产量表现为高温处理下最低,马铃薯各器官干物质积累量在高温处理后也有不同程度的下降,高温处理后均表现为T1<T2<T3。6.通过对马铃薯块茎转录组的分析,找到与淀粉代谢相关的基因10个,其中3个上调表达基因,主要参与氨基糖和核苷酸糖代谢、果糖和甘露糖代谢、淀粉和蔗糖代谢,促进淀粉的积累;7个下调表达基因,主要参与氰基氨基酸代谢、苯丙烷生物合成、淀粉和蔗糖代谢等途径。通过对马铃薯叶片转录组分析得出,花后高温胁迫可以使光能捕获相关蛋白复合物的基因上调,从而有效抵御高温胁迫;花后高温胁迫还会削弱光合电子传递及光系统Ⅱ活性,从而减弱光合作用,减少光合产物的形成。综合分析表明:高温胁迫后,马铃薯叶片中的活性氧、丙二醛等具细胞毒性的物质增加,导致马铃薯叶片的LAI、SPAD值、叶绿素含量、光合指标、荧光参数等降低,淀粉合成关键酶活性也不同程度降低,马铃薯在受到伤害后,自身通过增强抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性,增多非酶保护性物质(Pro)来抵御逆境的伤害。最终导致马铃薯淀粉含量与产量降低的结果。
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