氮素對初花后棉花葉片衰老的生理生化特征及蛋白質(zhì)組效應(yīng)研究.pdf

1、棉花是我國重要的經(jīng)濟作物，早衰導(dǎo)致其產(chǎn)量和品質(zhì)的嚴重下降，影響了棉農(nóng)植棉積極性。闡明棉花早衰的機制，探求延緩棉花衰老的有效途徑具有重要實踐意義。本試驗于2011～2015年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗農(nóng)場(38.808°N，115A09°E)進行，以轉(zhuǎn)基因抗蟲棉“魯棉研28號”為試驗材料，設(shè)置4個氮肥處理(N0、N1、N2、N3，純氮用量分別為0、120、240、480 kg·hm-2)，以形成不同衰老群體。通過植株形態(tài)、氮素利用率、生理生化指標

2、測定以及iTRAQ蛋白質(zhì)組學(xué)的研究。以期利用蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)來解釋棉花葉片衰老發(fā)過程中和氮素調(diào)控的相關(guān)一系列生物學(xué)事件，為棉花分子育種和基于分子診斷的棉花栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　1.氮素對棉花群體生理、氮素利用率和產(chǎn)量的影響
　　大田試驗條件下，形成不同的衰老群體。初花期后植株干物質(zhì)積累量均隨施氮量增加而增加。研究中以施氮量為240 kg·hm-2處理的籽棉產(chǎn)量最高，較不施氮處理產(chǎn)量提高34.5％;比施氮

3、量480kg·hm-2的高氮處理增產(chǎn)18.8％。低氮處理（0、120 kg·hm-2）的氮素利用率較高，但干物質(zhì)積累量低，沒有形成高產(chǎn)的基礎(chǔ)。高氮處理氮肥利用率較低，植株對氮素營養(yǎng)吸收主要用于營養(yǎng)生長，植株源庫不協(xié)調(diào)，影響產(chǎn)量形成。中氮處理(N2)的氮肥生理利用效率和農(nóng)學(xué)利用效率在4個氮素水平處理中表現(xiàn)最優(yōu)，表明N2處理是氮肥吸收利用效果較好的處理。N2處理群體生長速率(CGR)和群體凈同化率(NAR)數(shù)值最高，持續(xù)期長，有利于棉花生長

4、中期的干物質(zhì)的快速積累。因此，適中氮素供應(yīng)能夠改善棉花群體生理指標及其協(xié)調(diào)性，形成充足干物質(zhì)積累量，獲得棉花高產(chǎn)。
　　2.氮素供應(yīng)不足影響葉片生理活性和光合特性并加速葉片衰老
　　本研究中，低氮(N1)和不施氮肥(N0)處理的葉綠素含量低、下降速度快，光飽和點低，補償點高，表觀量子效率低。葉綠素熒光分析表明，隨著棉花衰老程度的加重葉片光化學(xué)活性的下降差異顯著，早衰葉片光能吸收能力、能量傳遞效率以及光系統(tǒng)(PSⅠ和PSⅡ)的

5、電子傳遞效率衰退較快。光合速率與葉片氮素含量之間表現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，低氮處理的葉氮含量隨生育進程發(fā)展下降速度快。缺氮導(dǎo)致葉片衰老加速，降低SOD和POD活性和蛋白質(zhì)含量，誘發(fā)MDA含量增多，進一步促進了葉片衰老進程。早衰葉片蛋白質(zhì)含量的下降時期早于葉綠素降解。葉片衰老過程中降解的蛋白質(zhì)分為兩類，一類是在衰老前期啟動葉綠素等降解的蛋白質(zhì)，另一類是衰老的中后期受活性氧氧化導(dǎo)致受蛋白酶催化降解的蛋白質(zhì)。早衰葉片中ABA和ZR含量上升，IAA和GA

6、3含量下降。氮素缺乏導(dǎo)致棉花的生長中心較早由營養(yǎng)生長器官轉(zhuǎn)向生殖生長器官，加速片衰老。施氮使功能葉ABA含量下降，IAA和GA3含量上升，利于防止棉花早衰。
　　3.不同葉齡棉花葉片的差異蛋白質(zhì)學(xué)分析
　　本研究采用iTRAQ方法，對N2處理，葉齡為18d、26d和44d的主莖功能葉進行差異蛋白質(zhì)分析，共鑒定出276個差異表達蛋白。通過對鑒定數(shù)據(jù)重復(fù)性、肽段信息等檢驗，驗證蛋白質(zhì)信息的可靠性。通過對差異蛋白的Pathway分

7、析，發(fā)現(xiàn)主要信號通路包括:光合作用、氮代謝、碳水化合物代謝、多酮類化合物和萜類化合物的代謝、鞘脂代謝。
　　對15d、26d、36d葉齡的上部果枝葉衰老調(diào)控蛋白質(zhì)的差異表達情況進行分析，共鑒定426種差異表達蛋白，超過73％的蛋白覆蓋度在10％以上。對這些差異蛋白質(zhì)進行GO聚類分析和Pathway分析，獲得了較多的與棉花果枝葉片衰老相關(guān)的蛋白質(zhì)，主要分布在葉綠體、過氧化物酶體中，參與的生物過程為光合作用過程，其分子功能主要參與抗氧

8、化酶活性、過氧化物酶活性和氧化還原酶活性的調(diào)控。葉片衰老相關(guān)蛋白主要參與光合作用、氮代謝、光合碳固定和過氧化物酶體等代謝通路。
　　4.氮素對花鈴期棉花主莖功能葉差異蛋白質(zhì)組分析
　　采用iTRAQ技術(shù)對正常氮素和缺氮條件下，花鈴期棉花主莖功能葉片進行差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析，共鑒定出164個差異表達蛋白，其中上調(diào)70個，下調(diào)94個。結(jié)合蛋白質(zhì)GO分析中差異蛋白的細胞位置及功能分析，并經(jīng)過Pathway分析，差異蛋白被富集到4條P