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1、等離子體處理種子技術(shù)已廣泛使用于多種作物,被證實(shí)可提高種子活力,促進(jìn)植物生長(zhǎng),提高植物抗脅迫能力。等離子體處理種子的作用目前主要認(rèn)為是通過(guò)刻蝕種皮來(lái)提高種皮通透性與放電過(guò)程產(chǎn)生的帶電粒子對(duì)種子表面的消毒作用,與抗氧化酶活性提高有關(guān),提高了種子的健壯度;在分子層面的探討幾乎空白,需要深層次挖掘分析。
穿心蓮來(lái)源于爵床科(Acanthaceae)植物穿心蓮(Andrographis paniculata(Burm.f.)Nees)
2、的地上部分,干燥后為臨床常用中藥材。研究報(bào)道等離子體處理穿心蓮種子可提高的出苗率和整齊度,促進(jìn)植物生長(zhǎng)速率。本研究系統(tǒng)地考察了等離子體處理對(duì)穿心蓮種子萌發(fā)、出苗、生長(zhǎng)速率的影響,從分子層面考察了等離子體處理對(duì)種子萌發(fā)過(guò)程基因表達(dá)的影響,為揭示等離子體處理種子技術(shù)的作用機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
1.等離子體處理促進(jìn)穿心蓮種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)
采用大氣壓條件下低電壓(30 V~50 V)高頻交變電
3、場(chǎng)激發(fā)常溫空氣等離子體處理穿心蓮種子,考察了激發(fā)電壓、處理時(shí)間、處理后存放時(shí)間等多個(gè)因素,篩選促進(jìn)其萌發(fā)的最佳條件,探究了等離子體處理對(duì)穿心蓮萌發(fā)、出苗、生長(zhǎng)、等多方面的影響。
用30 V激發(fā)的等離子體處理種子3s后放置4~6 d再置種,發(fā)芽勢(shì)顯著提高;放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)再置種,處理的效果下降或消失。等離子體處理穿心蓮種子的效應(yīng)主要表現(xiàn)在發(fā)芽勢(shì)顯著提高、出苗加快、出苗率升高、幼苗及植株生長(zhǎng)量增加、生殖生長(zhǎng)加快及抗逆性增強(qiáng)。
4、 2.等離子體處理后穿心蓮種子萌發(fā)過(guò)程中基因表達(dá)概況
本論文采用第二代高通量測(cè)序儀Illumina HiSeq2500進(jìn)行測(cè)序,共得到106.34 Gb的Clean Data,84749條Unigene,平均長(zhǎng)度為758.03 bp,注釋到Nr、KEGG、GO、Swiss-prot、COG等公共數(shù)據(jù)庫(kù)的Unigene數(shù)共36567條,建立了穿心蓮種子轉(zhuǎn)錄組平臺(tái)。
對(duì)對(duì)照組和處理組的吸脹期(分別為a,A)、萌動(dòng)期(b,
5、B)、萌發(fā)高峰期(c,C)三個(gè)階段差異基因進(jìn)行stem趨勢(shì)聚類分析,發(fā)現(xiàn)對(duì)照組和處理組顯著富集的趨勢(shì)相同,表明等離子體處理并未改變種子萌發(fā)過(guò)程基因表達(dá)的主要表達(dá)趨勢(shì),整體遵循種子萌發(fā)基因表達(dá)特有的規(guī)律性變化。
等離子體處理與未處理穿心蓮種子相對(duì)應(yīng)三個(gè)萌發(fā)過(guò)程時(shí)間點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄組比較發(fā)現(xiàn):在萌動(dòng)期,處理組和對(duì)照組有125個(gè)差異表達(dá)基因,主要富集到物質(zhì)代謝相關(guān)KEGG通路;差異表達(dá)基因主要GO富集到翻譯、初級(jí)代謝過(guò)程、有機(jī)物代謝過(guò)程、代
6、謝過(guò)程、氧化還原過(guò)程等,調(diào)控種子萌發(fā)物質(zhì)代謝,與KEGG富集情況一致。分別對(duì)對(duì)照組和處理組中這125個(gè)基因間達(dá)顯著相關(guān)的基因做基因相關(guān)性圖,對(duì)照組和處理組這125個(gè)基因間的相關(guān)性關(guān)系存在巨大差別,體現(xiàn)了等離子體對(duì)基因表達(dá)調(diào)控關(guān)系的影響。
本文對(duì)萌發(fā)過(guò)程中處理組與對(duì)照組相同階段特有差異表達(dá)的基因進(jìn)行了篩選,并進(jìn)行富集分析,KEGG富集結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組從吸脹期到萌動(dòng)期富集通路差異較大,處理組植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)富集基因最多;在對(duì)照組則不
7、在前10條富集通路,對(duì)照組中核糖體通路富集到基因數(shù)最多;從萌動(dòng)期到萌發(fā)高峰期,兩組基因富集情況類似,等離子體處理在種子萌發(fā)過(guò)程的調(diào)控主要表現(xiàn)在種子萌發(fā)的前期,即吸脹期到萌動(dòng)期。
對(duì)ab(對(duì)照組從吸脹期到萌動(dòng)期)、b c(對(duì)照組從吸脹期到萌動(dòng)期)、A_B(處理組從吸脹期到萌動(dòng)期)、BC(處理組從吸脹期到萌動(dòng)期)這4個(gè)階段特有的差異表達(dá)中物質(zhì)代謝基因與該階段特有的植物激素、轉(zhuǎn)錄因子、病程相關(guān)基因進(jìn)行基因表達(dá)相關(guān)性分析,結(jié)果顯示,對(duì)
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