褪黑素对黑暗胁迫下栀子叶片衰老进程的影响

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栀子(Gardenia jasminoides Ellis)为茜草科(Rubiaceae)栀子属(Gardenia)常绿灌木。栀子除被广泛应用于园林绿化外,因其叶片色泽苍绿和叶质硬挺常被作为切叶材料,用作花束的装饰。栀子切叶在运输途中或置于室内时,常常处于黑暗或弱光的逆境条件,易使叶片变黄、衰老,严重影响其观赏价值。因此,如何采取相应措施缓解栀子叶片在弱光条件下的衰老进程已成为生产上亟待解决的技术问题。目前有研究表明,褪黑素可以在极低光照条件下(黑暗)延缓叶片衰老,为此,本研究应用褪黑素处理栀子叶片,探讨褪黑素处理对黑暗胁迫引起栀子叶片衰老的缓解效应,并进一步从叶片生理指标、解剖特征和分子水平上开展了相应的基础研究,主要结果如下:(1)0.05mM、0.1mM、1.0 mM和2.0mM四种不同浓度褪黑素(MT),均能不同程度地延缓黑暗胁迫下栀子叶片的衰老,其中1.0 mM浓度的褪黑素(MT1.0)溶液效果最佳,而较高浓度(2.0mM,MT2.0)会减弱延缓衰老的效果。经MT1.0处理的栀子叶片颜色保持翠绿,色度角H°、SPAD值、潜在最大光能效率最高,而丙二醛含量最低。(2)褪黑素处理(MT1.0)能够显著延缓黑暗胁迫下栀子叶片的黄化衰老。与对照叶片相比,MT1.0处理的叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数(Fv/Fm、Fv/Fo和Y(Ⅱ))提高,类胡萝卜素和类黄酮含量降低;MT1.0处理的叶片中过氧化氢含量、超氧阴离子自由基积累量、相对电导率和丙二醛含量降低,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等保护酶活性提高;MT1.0处理的叶片的含水量、可溶性蛋白含量和谷氨酰胺合成酶(GS)活性提高。同时,MT1.0处理增加了叶片内源褪黑素水平和色氨酸脱羧酶基因(TDC)的表达水平。MT1.0处理激活了抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环系统以清除植物叶片中过量的活性氧。(3)在黑暗胁迫下,对照栀子叶片表面较为平坦,而MT1.0处理的叶片表面的角质层具有更明显的波纹状结构,两者气孔的大小和气孔开放度方面没有明显差别。通过透射电镜观察发现,在黑暗胁迫下,对照栀子叶片中叶绿体发生降解,变成更圆的形状,同时脂质球体增加,叶绿体膜破损,而MT1.0处理的叶片叶肉细胞超微结构较为完整,叶绿体降解的较少。(4)将MT1.0处理与蒸馏水CK处理的叶片置于黑暗胁迫24 d后提取RNA进行转录组测序,总共组装成94812个高质量的unigenes,平均长度为1289 nt;对组装得到的Unigenes进行七大功能数据库注释,共有19669个Unigenes被不同数据库共同注释到。转录组测序显示外源褪黑素处理涉及植物多种生物过程,包括碳水化合物代谢,氨基酸代谢,脂质代谢,植物激素信号转导和色素生物合成途径;其中,外源褪黑素导致碳水化合物代谢和氨基酸代谢基因的上调,而脂质代谢和色素生物合成中的基因下调,植物激素信号转导中的基因部分上调和部分下调。
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