等離子體預(yù)處理對穿心蓮種子萌發(fā)過程基因表達及后期生長的影響.pdf

1、等離子體處理種子技術(shù)已廣泛使用于多種作物，被證實可提高種子活力，促進植物生長，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)為是通過刻蝕種皮來提高種皮通透性與放電過程產(chǎn)生的帶電粒子對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，促進植物生長速率。本研究系統(tǒng)地考察了等離子體處理對穿心蓮種子萌發(fā)、出苗、生長速率的影響，從分子層面考察了等離子體處理對種子萌發(fā)過程基因表達的影響，為揭示等離子體處理種子技術(shù)的作用機理提供理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.等離子體處理促進穿心蓮種子萌發(fā)及幼苗生長
　　采用大氣壓條件下低電壓(30 V～50 V)高頻交變電

3、場激發(fā)常溫空氣等離子體處理穿心蓮種子，考察了激發(fā)電壓、處理時間、處理后存放時間等多個因素，篩選促進其萌發(fā)的最佳條件，探究了等離子體處理對穿心蓮萌發(fā)、出苗、生長、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)芽勢顯著提高;放置時間過長再置種，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)芽勢顯著提高、出苗加快、出苗率升高、幼苗及植株生長量增加、生殖生長加快及抗逆性增強。
　

4、　2.等離子體處理后穿心蓮種子萌發(fā)過程中基因表達概況
　　本論文采用第二代高通量測序儀Illumina HiSeq2500進行測序，共得到106.34 Gb的Clean Data，84749條Unigene，平均長度為758.03 bp，注釋到Nr、KEGG、GO、Swiss-prot、COG等公共數(shù)據(jù)庫的Unigene數(shù)共36567條，建立了穿心蓮種子轉(zhuǎn)錄組平臺。
　　對對照組和處理組的吸脹期（分別為a，A）、萌動期(b，

5、B)、萌發(fā)高峰期(c，C)三個階段差異基因進行stem趨勢聚類分析，發(fā)現(xiàn)對照組和處理組顯著富集的趨勢相同，表明等離子體處理并未改變種子萌發(fā)過程基因表達的主要表達趨勢，整體遵循種子萌發(fā)基因表達特有的規(guī)律性變化。
　　等離子體處理與未處理穿心蓮種子相對應(yīng)三個萌發(fā)過程時間點的轉(zhuǎn)錄組比較發(fā)現(xiàn):在萌動期，處理組和對照組有125個差異表達基因，主要富集到物質(zhì)代謝相關(guān)KEGG通路;差異表達基因主要GO富集到翻譯、初級代謝過程、有機物代謝過程、代

6、謝過程、氧化還原過程等，調(diào)控種子萌發(fā)物質(zhì)代謝，與KEGG富集情況一致。分別對對照組和處理組中這125個基因間達顯著相關(guān)的基因做基因相關(guān)性圖，對照組和處理組這125個基因間的相關(guān)性關(guān)系存在巨大差別，體現(xiàn)了等離子體對基因表達調(diào)控關(guān)系的影響。
　　本文對萌發(fā)過程中處理組與對照組相同階段特有差異表達的基因進行了篩選，并進行富集分析，KEGG富集結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組從吸脹期到萌動期富集通路差異較大，處理組植物激素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)富集基因最多;在對照組則不

7、在前10條富集通路，對照組中核糖體通路富集到基因數(shù)最多;從萌動期到萌發(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，即吸脹期到萌動期。
　　對ab（對照組從吸脹期到萌動期）、b c（對照組從吸脹期到萌動期）、A_B（處理組從吸脹期到萌動期）、BC（處理組從吸脹期到萌動期）這4個階段特有的差異表達中物質(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)基因進行基因表達相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，對