干旱胁迫下紫花苜蓿抗旱性评价及代谢组学分析

为了探讨干旱胁迫下紫花苜蓿的抗旱性及代谢响应,试验选取5个紫花苜蓿品种(肇东苜蓿、龙牧801、龙牧803、冰驰、WL319HQ),分别用浓度为30％聚乙二醇-6000(polyethylene glycol-6000,PEG-6000)溶液浸泡模拟干旱胁迫,0,6,12 h后取紫花苜蓿幼苗叶片样品,测定脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)、丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性.利用主成分分析法及隶属函数法对5个紫花苜蓿品种抗旱性进行评价,计算隶属函数值.以评定出的抗旱性最强的紫花苜蓿品种为研究对象,取模拟干旱胁迫处理0,6,12 h后幼苗叶片样品(即CK、DT-6、DT-12),采用气相色谱结合飞行时间质谱方法进行检测,利用相关软件分析代谢物质及代谢通路变化.结果表明:干旱胁迫6 h,龙牧801SP含量最高,为40.21 mg/g.干旱胁迫12 h,龙牧 803 Pro、MDA 含量及 CAT 和 POD 活性最高,分别为 674.10 μg/g、21.09 nmol/g、0.21 μmol/(min·mg)、21.09 μmol/(min·mg);龙牧 801 SOD 活性最高,为 117.32 U/mg.6 个抗旱指标应用主成分分析,前两个主成分的累积贡献率为82.745％,因此可选取前两个主成分作为5个紫花苜蓿种质资源抗旱性评价的综合指标.依据隶属函数法评定的抗旱性强弱顺序为肇东苜蓿＞龙牧801＞龙牧803＞冰驰＞WL319HQ,其中肇东苜蓿抗旱性最强,因此选择肇东苜蓿进行代谢组学分析.干旱胁迫6 h,CK与DT-6样品中的已知差异代谢物为29个,其中上调7个,下调22个;干旱胁迫12 h,CK与DT-12样品中的已知差异代谢物为10个,其中上调7个,下调3个;干旱胁迫6 h和12 h,DT-6与DT-12样品中的已知差异代谢物为16个,其中上调3个,下调13个.通过代谢通路的影响因子筛选出13条通路:柠檬酸循环,光合生物碳固定通路,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,磷酸戊糖通路,丙酮酸代谢,糖酵解或糖异生,乙醛酸和二羧酸代谢,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,淀粉和蔗糖代谢,半乳糖代谢,苯丙素的生物合成,其中柠檬酸循环,甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸代谢和丙酮酸代谢为干旱胁迫6 h和12 h条件下共同存在的代谢通路.说明这3条代谢通路与肇东苜蓿抗旱性密切相关.