二氧化碳是主要的温室气体之一。在过去的200多年中,大气中二氧化碳浓度从280 μmol·mol-1上升至目前的400μmol·mol-1,本世纪可能仍会持续上升。高浓度的二氧化碳是否有助于植物生长发育和作物产量取决于二氧化碳的浓度和胁迫处理时间。胡萝卜(Daucus carota L.)是伞形科(Apiaceae)胡萝卜属二年生草本植物,是一种重要的蔬菜作物,具有可食性肉质根。在高浓度二氧化碳和其它非生物胁迫(盐、干旱、高低温)条件下,胡萝卜的生长发育受到影响。本试验以高浓度二氧化碳(3000μmol·mol-1)为处理条件,取’黑田五寸’胡萝卜为试验材料,分别从形态结构、解剖结构、生长素含量、抗坏血酸代谢等方面对其进行生理生化和分子生物学研究,并运用蛋白质组技术分析其肉质根中差异表达蛋白情况,从而进一步研究胡萝卜对二氧化碳逆境胁迫的响应机制。本文也研究了在非生物胁迫(盐、干旱、高低温)下胡萝卜DcPHD转录因子家族的分析。本论文的主要研究结果如下:1、取五个生长阶段(25、40、60、75和90天)的’黑田五寸’胡萝卜的根、叶柄和叶片组织分别测定生长素含量,以研究胡萝卜生长发育过程中生长素含量变化情况及在高浓度二氧化碳处理下的分子调控机制。对生长素合成和信号转导过程中18个相关基因进行荧光定量PCR检测。研究发现,生长素含量在五个生长发育阶段中变化明显,叶片和叶柄中生长素含量高于根中生长素含量,且叶片和叶柄中生长素含量在60天时达到峰值,根中生长素含量在40天时最高;大多数基因的表达水平与生长素积累水平并不一致;生长素在调节胡萝卜生长发育方面具有组织差异性和阶段差异性。以上结果表明,胡萝卜中生长素的代谢机制是一个较为复杂的调控网络。以胡萝卜中生长素在不同生长发育阶段的变化情况为研究基础,取’深紫’、’黑田五寸’和’齐头黄’胡萝卜(40天)为试验材料,分别用400 μmol·mol-1(对照组)和3000μmol·mol-1(处理组)浓度的二氧化碳进行处理。采集0、3、6和12h处理后的胡萝卜肉质根,分别测定样品中生长素含量,从而进一步探究高浓度二氧化碳对胡萝卜肉质根中生长素积累量的影响。研究发现,三个胡萝卜品种在3h时生长素含量都降低,6h时’黑田五寸’中生长素含量上升,12 h时’深紫’中生长素含量上升,’齐头黄’中生长素含量持续下降。结果表明:不同胡萝卜品种中生长素含量有差异且对高浓度二氧化碳的响应程度不同。2、以’黑田五寸’和’深紫,胡萝卜为试验材料,分别用400 μmol·mol-1(对照组)和3000μmol·mol-1(处理组)浓度的CO2进行处理。研究发现:处理组中,两个品种胡萝卜肉质根和根冠鲜重均减少,根冠比降低;肉质根解剖结构和抗坏血酸积累量明显改变;两个胡萝卜品种的肉质根中,AsA和T-AsA的含量均有所降低。此外,12个抗坏血酸生物合成和循环相关基因都对高浓度二氧化碳有响应。这些结果表明:高浓度二氧化碳可能抑制了胡萝卜肉质根和根冠的生长发育。胡萝卜肉质根木质部可能参与了高浓度二氧化碳胁迫的响应机制。’黑田五寸’和’深紫’胡萝卜对高浓度二氧化碳的响应程度不同。3、以’黑田五寸,胡萝卜为试验材料,分别用对照组(a[CO2],400μmol·mol-1)和处理组(e[C02],3000 μmol·mol-1)浓度的CO2处理30天。将未处理幼苗(400 μmol·mol-1 C02)作为对照组。通过iTRAQ蛋白质组技术分析高浓度二氧化碳下胡萝卜肉质根中的差异表达蛋白情况。最终,共鉴定出204个差异表达蛋白。这些差异表达蛋白通过GO聚类分析被划分为38个生化进程、28个细胞进程和14个分子进程。此外,在高浓度二氧化碳胁迫处理下,蛋白互作分析结果表明参与碳循环、能量代谢、蛋白合成和氧化还原平衡等途径的差异表达蛋白构成胁迫响应网络。4、根据本课题组的胡萝卜基因组和转录组数据库CarrotDB,查找得到胡萝卜DcPHD转录因子家族的全部序列。取逆境(盐、干旱、高低温)处理0、1、2、4、8和12h的胡萝卜叶片作为试验材料。为了划分亚家族和分析进化关系,取胡萝卜中DcPHD序列与毛白杨和拟南芥中的PHD转录因子家族序列构建系统进化树。胡萝卜DcPHD家族可被划分为十一个亚家族(A～J和K)。多重序列比对分析表明,DcPHD家族的保守域为 C-X(1-2)-C-X(8-14)-C-X(2-8)-C-X(4-6)-H-X2-C-X(11-34)-C-X2-C(X 代表任意氨基酸)结构。PHD保守域中通常含有7个半胱氨酸和1个组氨酸残基,且多与Zn离子结合。荧光定量PCR结果表明,该亚家族中四个基因(DcPHD-I-12、DcPHD-I-13、DcPHD-I-15和DcPHD-I-24)的相对表达量在不同非生物胁迫(盐、干旱和高低温)处理下呈现较大差异。