叶片间养分再利用在两种生态型野大豆（Glycine soja）抵御低磷胁迫中的差异响应研究

作     者：李兴茹 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石连旋

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：野大豆 顶部叶 基部叶 低磷胁迫 代谢组学 离子 

摘      要：磷是植物生长发育必不可少的矿质营养。土壤中总磷含量很高,但可被植物吸收的有效磷含量却有限,这严重制约了农作物产量和品质的提高。在农业生产实际中,大量的磷肥被施用于土壤中。由于磷肥的利用效率很低,大部分磷残留在土壤中或渗入到附近地表水,从而导致严重的环境污染和资源浪费等问题,并且有限的磷矿石预计将在下个世纪被耗尽。筛选和鉴定优良野生植物资源进而培育耐低磷作物新品种可从根本上解决环境污染和资源枯竭等问题。野大豆是大豆的近源野生种,由于长期生长在野外环境中,具有丰富的优良性状和良好的抗逆性,是一种优质的野生植物资源,是培育耐低磷大豆新品种的重要亲本材料。本研究以普通型野大豆和耐贫瘠型野大豆为实验材料,利用代谢组学方法和离子含量测定联合分析,通过比较两种生态型野大豆的顶部叶和基部叶在低磷胁迫下的小分子代谢物种类、数量和代谢通路以及离子含量的变化及差异,从有机营养和矿质营养在顶部叶和基部叶之间积累和再动用的角度揭示耐贫瘠型野大豆响应低磷胁迫的生理机制。结果显示,低磷胁迫下耐贫瘠型野大豆的顶部叶和基部叶中Ca,SO和Mg积累,HPO含量相对稳定,氨基酸类代谢物包括天冬酰胺、异亮氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、L-高丝氨酸、苏氨酸、L-别苏氨酸、色氨酸、甘氨酸、酪氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸和有机酸代谢物包括莽草酸、衣康酸、苯甲酸、马来酸、4-羟基-3-甲氧基苯甲酸、酒石酸和甲基丙二酸含量呈上升趋势,显示出顶部叶和基部叶中氨基酸代谢和有机酸代谢显著增强。耐贫瘠型野大豆基部叶中二糖三糖包括麦芽糖、棉子糖和蔗果三糖含量呈上升趋势,磷酸己糖类代谢物包括葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸和6-磷酸葡萄糖酸含量呈下降趋势,显示出基部叶中二糖三糖代谢增强,磷酸己糖分解。耐贫瘠型野大豆顶部叶中TCA循环相关代谢物和二糖三糖含量呈上升趋势,HPO和磷酸己糖类代谢物含量呈下降趋势,并且与基部叶相比,顶部叶中麦芽糖和棉子糖等二糖三糖含量上升幅度较大,而HPO和磷酸己糖类代谢物含量下降幅度较小。而普通型野大豆中结果均与耐贫瘠型野大豆相反。实验结果证明,耐贫瘠型野大豆在低磷胁迫下的应对策略主要在于:(1)积累矿质营养包括Ca,SO和Mg,增强物质和能量代谢包括氨基酸代谢、有机酸代谢和TCA循环代谢以保证耐贫瘠型野大豆中物质和能量的稳定供应;(2)在基部叶中积累二糖三糖并分解磷酸己糖从而减少基部叶中的磷消耗,使有限的磷供应到顶部叶中,实现二糖三糖和磷从基部叶到顶部叶的再利用,以牺牲基部叶为代价维持顶部叶的生长发育。本研究为野大豆种质资源的开发利用和保护提供了新思路和新方法,并为培育耐低磷大豆新品种提供了理论基础和科学依据。