水分脅迫下茶樹的生理響應及其分子基礎.pdf

1、干旱是影響作物生長、限制作物產量的重要環(huán)境因素，嚴重時可以引起植株不可逆的傷害甚至死亡。本研究以我國重要的經(jīng)濟作物茶樹作為試驗材料，對茶樹種質資源進行光合生理特性的數(shù)值分類分析，在此基礎上，選擇兩個有代表性的抗旱性差異明顯的茶樹品種在水分脅迫下，研究其光合生理、滲透調節(jié)及活性氧清除系統(tǒng)等方面的響應和差異，并利用雙向電泳技術分析茶樹幼苗在水分脅迫下的蛋白表達差異。研究結果如下： 通過對52個茶樹品種在自然條件下葉片光合生理參數(shù)的數(shù)

2、值分類分析，結果表明，52個茶樹品種在葉片凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)以及水分利用率(WUE)方面，差異達極顯著水平(P<0．01)；根據(jù)方差分析和主成分分析的結果，選擇Pn、Tr、GS和WUE等4個光合生理參數(shù)對其進行聚類分析，可將52個茶樹品種分為5類，其中Ⅰ類的15個品種為高光合速率、中等蒸騰速率、低氣孔阻力、高水分利用效率類型，可用于茶樹的品種改良；在聚類分析基礎上用判別分析選出

3、對茶樹光合生理性狀數(shù)值分類有顯著影響的4個光合參數(shù)，建立5個判別能力較高的判別模型。在此基礎上，采用盆栽試驗方法，研究不同土壤水分脅迫對鐵觀音和福鼎大白茶2年生茶樹幼苗的光合生理特性、光合作用-光響應特性和葉綠素熒光特性的影響。 結果顯示：不同土壤水分處理對茶樹凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、水分利用效率等生理指標及其日變化均產生明顯影響；干旱脅迫下茶樹的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度及水分利用效率下降，水分利用效率日平均值的下

4、降幅度比凈光合速率日平均值的下降幅度小；土壤干旱脅迫使鐵觀音、福鼎大白荼最大光合速率(Pnmax)、表觀量子效率(AQY)、光飽和點(LSP)顯著降低，而光補償點(LCP)及暗呼吸速率(Rd)提高；在干旱脅迫下，茶樹葉片的基礎熒光(Fo)顯著升高，最大熒光(Fm)、可變熒光(Fv)，PSⅡ原初光能轉化效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潛在活性(Fv/Fo)顯著下降，表明干旱脅迫使茶樹葉片PSⅡ反應中心受到傷害；干旱脅迫還降低了茶樹的光化學反應

5、速率(Prate)，縮短了熒光上升時間(T1/2)，抑制了PSⅡ反應中心電子的傳遞(ETR降低)，導致天線色素熱耗散速率(Drate)、非光化學猝滅(qN)和光合功能相對限制值L(PFD)升高，光化學猝滅(qP)和PSⅡ實際光化學效率(Yield)都顯著下降。無論在正常供水還是在干旱脅迫條件下，鐵觀音均表現(xiàn)出更高的光合活性，其Pn、Pnmax、LSP及AQY值均比福鼎大白茶高，而Rd、LCP值比福鼎大白茶低。說明生長在同一生境中的鐵觀音

6、對光照、土壤水分的生態(tài)適應能力高于福鼎大白茶。比較在干旱脅迫下鐵觀音和福鼎大白茶葉片的葉綠素熒光變化，發(fā)現(xiàn)鐵觀音PSⅡ反應中心的脅迫耐性較強，葉片的光化學效率較高。 同時研究還表明，干旱脅迫下茶樹幼苗葉片相對含水量(RWC)隨脅迫程度的加大而降低，可溶性蛋白質的含量隨脅迫程度的加大而增多，但在重度脅迫下，福鼎大白茶的可溶性蛋白質含量下降；可溶性糖含量也隨干旱脅迫程度的加大而顯著增加，與葉片的含水量之間呈顯著負相關；脯氨酸含量隨脅

7、迫程度的加大而顯著增多，但在重度脅迫下，福鼎大白茶的脯氨酸含量下降。正常供水條件下，鐵觀音葉片可溶性蛋白和可溶性糖含量都比福鼎大白茶的高，脯氨酸含量低于福鼎大白茶；但在干旱脅迫下，可溶性蛋白、可溶性糖含量和脯氨酸含量的增幅都比福鼎大白茶大。而活性氧代謝分析結果顯示，在干旱脅迫下，茶樹葉片活性氧的積累增多，細胞膜透性加大，MDA含量增加；SOD、POD、CAT、APX和GR活性以及AsA和GSH含量在輕度、中度干旱脅迫下上升，在重度干旱脅

8、迫下下降；而福鼎大白茶在輕度干旱脅迫下上升，在中度、重度干旱脅迫下下降。應用熒光定量PCR的方法對活性氧代謝相關的3個主要保護酶基因在PEG脅迫下的表達情況進行分析，結果顯示，與對照相比，PEG脅迫下Cu/Zn SOD基因表達量隨著脅迫時間延長呈現(xiàn)出“升高-降低-升高”的變化特點，相對表達量變化范圍為0．49-3．06；CAT基因則在PEG脅迫的初期(3、6h)表達量明顯上調，之后下降，相對表達量變化范圍為0．15-3．45；APX基因

9、在脅迫的24h內基本都表現(xiàn)為上調表達，但12h內上調幅度不大，脅迫24h表達量最大，之后表現(xiàn)為下調，相對表達量變化范圍為0．86-1．98。在PEG脅迫下表達特性的不同，說明本研究中與活性氧代謝相關的3個主要保護酶基因對干旱環(huán)境的響應行為存在明顯差異。 本研究還應用差異蛋白質組學方法分析了鐵觀音茶樹幼苗在PEG脅迫下葉片蛋白質組的變化。對18個蛋白質點在PEG脅迫下的變化特點進行了分析，并對有差異表達的16個蛋白質點進行了質譜分

10、析，共鑒定出14個蛋白質點，代表了10種不同的蛋白，其中5個點是同一個蛋白(1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶大亞基，RubisoLSU)，另9個蛋白是PEG脅迫響應蛋白，包括光合系統(tǒng)Ⅱ23kDa多肽，葉綠體伴侶蛋白21(ch-Cpn21)、磷酸丙糖異構酶(TPI)、三磷酸腺苷合酶β亞基、S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS1)、磷脂酰乙醇胺結合蛋白(CEN)、新生多肽相關復合物α亞基(α-NAC)、20S蛋白酶體α亞基(PAE2)、翻譯起