D-柠檬烯处理下的马缨杜鹃生理和代谢组分特征

作     者：林建 

作者单位：贵州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李朝婵

授予年度：2024年

学科分类：090706[农学-园林植物与观赏园艺] 0907[农学-林学] 09[农学] 

主      题：马缨杜鹃 D-柠檬烯 代谢组学 生理指标 光合指标 

摘      要：马缨杜鹃(Rhododendron delavayi Franch.)是我国野生杜鹃的代表之一,具有极强的观赏价值。前期课题组研究发现,D-柠檬烯作为单萜类化合物大量存在于马缨杜鹃组织中,在花中的含量高达2714μg/kg。为科学评价D-柠檬烯在马缨杜鹃植物土壤系统中的化学生态作用,本研究以马缨杜鹃为研究对象,采用不同用量D-柠檬烯处理马缨杜鹃种子和幼苗,测定其生理指标、光合指标,并运用非靶向代谢组学技术研究马缨杜鹃对D-柠檬烯胁迫的响应机制。为科学评价D-柠檬烯在马缨杜鹃生态系统中的作用提供理论依据。具体研究结果如下: (1)不同用量D-柠檬烯对马缨杜鹃种子发芽指数、发芽率、根长及活力指数的影响,结果显示D-柠檬烯用量与马缨杜鹃种子萌发的各指标呈显著负相关关系(P发芽势发芽率活力指数。 (2)马缨杜鹃幼苗的形态对D-柠檬烯有明显响应,表现为当D-柠檬烯用量为20、40、60、80 m L时,对马缨杜鹃幼苗的株高和叶片凋落数量有明显的抑制作用,对地径的抑制作用较小; (3)D-柠檬烯处理产生膜脂过氧化,导致叶绿体膜结构被破坏,导致马缨杜鹃内叶绿素含量降低。结果显示,D-柠檬烯对马缨杜鹃幼苗叶片的光合作用有抑制作用,与光合作用相关的叶绿素a、叶绿素b含量总体上较对照降低,其中叶绿素a在40 m L时含量最低。净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率受D-柠檬烯的影响呈逐渐降低趋势。 (4)马缨杜鹃受D-柠檬烯的胁迫时,通过增加脯氨酸含量、降低可溶性蛋白含量来维持自身的生长。随着D-柠檬烯用量的增加,脯氨酸含量增加。可溶性蛋白含量总体上随用量增大而减小,在处理14天时20 m L下可溶性蛋白含量最低。 (5)使用非靶向代谢组学技术对D-柠檬烯胁迫组下的马缨杜鹃叶片进行代谢组学分析。共检测到2116种代谢产物,其中正离子模式鉴定到的代谢物1544种,负离子模式鉴定到的代谢物572种。采用非靶向方法鉴定马缨杜鹃幼苗在不同胁迫组下叶内细胞代谢物的情况,鉴定出了响应D-柠檬烯胁迫的萜类、酯类、杂环化合物、烃类等次生代谢物质。 (6)经PLS-DA和OPLS-DA建模,发现马缨杜鹃苗在不同体积用量D-柠檬烯胁迫下,两两对比组之间差异代谢物均在第一主成分上发生分离,说明不同程度D-柠檬烯胁迫引起了差异代谢物的显著变化,分别在D2 vs D0得到651个显著差异代谢物(其中538个上调,113个下调);D8 vs D0下得到701个显著差异代谢物(其中59个下调,642个上调);D8 vs D2下得到764个显著差异代谢物(其中364个上调,400个下调)。经过差异代谢物筛选,三个胁迫组共筛选出13类315个差异代谢物。在3个胁迫组中富集的通路主要通过半萜和三萜类化合物的生物合成、各种植物次生代谢物的生物合成、代谢途径、次级代谢物的生物合成等响应,有利于全面认识D-柠檬烯胁迫下马缨杜鹃代谢水平的变化。 本研究通过不同用量的D-柠檬烯胁迫马缨杜鹃的种子及其幼苗,研究发现D-柠檬烯对马缨杜鹃种子萌发有抑制作用,对其幼苗的生长有影响,表现为光合指标总体上呈现先增后减的趋势,渗透调节物质在高用量时积累较多,对SOD活性影响不大;在挥发性代谢组学方面,萜类物质变化较为丰富;半萜和三萜类化合物的生物合成、各种植物次生代谢物的生物合成、代谢途径、次级代谢物的生物合成4条代谢通路显著富集。研究结果以期能够为杜鹃种群的化感作用研究提供基础数据。