UV-B辐射对84K杨树组培苗中酚酸类化合物积累及相关生理代谢影响的研究
杨树因其生长快速、繁殖容易及抗逆性强等特点，被认定是木本植物研究中新型模式植物之一。近年来，随着环境污染逐渐加剧，臭氧层遭到了不可逆转的破坏，致使到达地表的UV-B辐射增强。UV-B辐射作为一种典型的环境胁迫因子，可对植物体的生理代谢和生长发育产生显著影响，因此研究植物应对UV-B辐射的防御性响应具有重要意义。基于上述，本研究对84K杨树组培苗进行不同时长的UV-B辐射胁迫，采用UPLC-MS/MS方法检测辐射前后6种防御性酚酸类化合物（没食子酸、阿魏酸、咖啡酸、原儿茶酸、异阿魏酸和绿原酸）的含量变化，以6种酚酸类化合物积累量为指标，确定最佳辐射时长，并从光合色素、ROS系统和酶基因表达角度探讨酚酸类化合物的积累机制，最后对UV-B辐射解除后再培养的84K杨树组培苗形态变化、木质素含量、总生物量和光合色素含量进行测定。本论文的主要研究结果如下： 1.研究了不同UV-B辐射时长对84K杨树组培苗酚酸类化合物与光合色素含量变化的影响 对84K杨树组培苗进行不同时长的UV-B辐射后利用UPLC-MS/MS对6种酚酸类化合物进行分析检测，结果发现6种酚酸类化合物（没食子酸、阿魏酸、咖啡酸、异阿魏酸、原儿茶酸、绿原酸）含量均高于辐射前，且总体呈先下降而后逐渐上升最终再下降的趋势，其中8-16h最有利于酚酸类化合物的积累，尤其是绿原酸在辐射的8h时含量可达46513.18±2230.03ng/g，比0h提高了15倍；辐射24h为周期内的16-24h最有利于光合色素的积累，总叶绿素含量在24h时可达33.333±0.282mg/g，比0h提高了1.18倍，表明适宜的UV-B辐射可以提高84K杨树组培苗内6种酚酸类化合物与光合色素含量的积累。 2.研究了不同UV-B辐射时长对84K杨树组培苗ROS系统以及合成酶基因表达的影响随着UV-B辐射时长的增加，84K杨树组培苗中过氧化氢（H2O2）、丙二醛（MDA）和超氧阴离子（OFR）活性均在不同时间高于辐射前，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性皆有不同的变化幅度，表明UV-B辐射确实触发了84K杨树组培苗的ROS系统；利用qRT-PCR技术分析84K杨树组培苗中3个与酚酸类化合物生物合成密切相关基因（PAL，C4H和4CL）的表达水平变化规律，发现PAL，C4H和4CL三个基因的表达在16h均有明显升高，转录丰度分别为3.98，7.73和5.59，且上述3个基因的转录水平变化和酚酸类化合物含量变化呈正相关。表明UV-B辐射促进84K杨树组培苗中酚酸类化合物的合成和积累是这些关键合成酶基因表达水平同步上调的结果。 3.研究了UV-B辐射解除后再培养的84K杨树组培苗形态变化，生长情况和光合色素含量 表型分析结果显示UV-B辐射24h解除后再培养20天的组培苗叶片出现变黄现象；UV-B辐射（8h）解除后再培养20天的组培苗茎部显微形态较胁迫前横切面变大，且木质部有所增加。生理分析结果显示UV-B辐射解除后再培养20天的组培苗在木质素含量、总生物量和光合色素含量均有提高，其中UV-B辐射8-16h后再培养20天有利于木质素的积累，在8h时含量可达在13.58±0.03%，较0h上升了15.08%；UV-B辐射16-24h后再培养20天有利于总生物量的积累，在16h时含量可达132±26.2mg/株，较0h上升了11.49%；UV-B辐射8-24h后再培养20天有利于总叶绿素的积累，在16h时含量可达24.73±0.08mg/g，比0h提高了31%。说明UV-B辐射解除后再培养20天后提高了植株次生木质部的生成，有利于组培苗的生长。 综上所述，本研究确定了8-16h的UV-B（3W/m2）辐射为84K杨树组培苗中酚酸类化合物积累的最佳辐射时长，16-24h的UV-B辐射为84K杨树组培苗中光合色素积累的最佳辐射时长；UV-B辐射可以触发84K杨树组培苗的ROS系统，同时与酚酸类化合物生物合成密切相关的3个基因的转录水平变化和酚酸类化合物含量变化呈正相关；UV-B辐射解除后再培养20天可以促进其生长发育。此外，本研究初步明确了84K杨树组培苗在UV-B辐射下酚酸类化合物的积累和保护机制，为杨树在抗逆性培育和材性积累等方面提供一定的理论依据。
杨树;UV-B辐射;酚酸类化合物;生物合成;生长发育;生理代谢
东北林业大学
硕士
植物学
盖庆岩
2021
中文
S792.11
2022-01-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）