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一、實驗背景與目的

生物鐘是植物適應(yīng)晝夜節(jié)律和季節(jié)變化的重要內(nèi)在機制，涉及一些關(guān)鍵基因的表達調(diào)控。擬南芥（Arabidopsis thaliana）作為一種常用的模型植物，其生物鐘基因的研究具有重要意義。溫度和光照是影響生物鐘基因表達的主要環(huán)境因素。本研究旨在揭示在光照培養(yǎng)箱環(huán)境下，不同溫度和光照條件下的耦合效應(yīng)對擬南芥生物鐘基因TOC1、LHY和CCA1表達的影響。

 二、實驗步驟：

1. 實驗材料：

擬南芥種子（Col-0野生型）

光照培養(yǎng)箱

RNA提取試劑盒

cDNA合成試劑盒

實時熒光定量PCR試劑盒

TOC1、LHY、CCA1基因的特異性引物

2. 實驗設(shè)計：

0組：12小時光/12小時暗，溫度恒定22°C（對照組）。

1組：12小時光/12小時暗，溫度光期22°C，暗期16°C。

2組：16小時光/8小時暗，溫度恒定22°C。

3組：16小時光/8小時暗，溫度光期22°C，暗期16°C。

每個處理設(shè)置3個生物重復(fù)，每個生物重復(fù)獨立采集樣品。

3.  實驗過程：

（1）將擬南芥種子播種在培養(yǎng)皿中，置于光照培養(yǎng)箱中發(fā)芽。

（2）待植株生長至4周齡，轉(zhuǎn)移至設(shè)定的光照和溫度條件下繼續(xù)培養(yǎng)2周。

（3）在光照周期的每個時間點（每4小時一次，共24小時）采集葉片樣品，立即放入液氮中保存。

（4）提取樣品的總RNA，使用cDNA合成試劑盒合成cDNA。

（5）使用實時熒光定量PCR測量TOC1、LHY和CCA1基因的表達水平，每個cDNA樣品進行3次實驗重復(fù)。

4.  數(shù)據(jù)處理與分析：

對實時熒光定量PCR數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使用幾何平均法校正。

使用循環(huán)方差分析，分析不同處理條件下基因表達的差異。

進行多重比較確定顯著差異。

使用分析評估基因表達的節(jié)律特性，包括振幅、相位和周期。

三、結(jié)果：

（1）基因表達節(jié)律變化：TOC1、LHY和CCA1基因的表達呈現(xiàn)明顯的晝夜節(jié)律變化，其表達峰值和谷值與光照和溫度條件密切相關(guān)。

（2）溫度-光照耦合效應(yīng)：在溫度恒定條件下（組0和組2），基因表達的節(jié)律較為穩(wěn)定。而在溫度隨光照變化的條件下（組1和組3），基因表達的節(jié)律出現(xiàn)顯著變化，表現(xiàn)為表達峰值的提前或延遲，以及振幅的增加或減少。

（3）統(tǒng)計分析：循環(huán)方差分析結(jié)果顯示，不同處理條件下TOC1、LHY和CCA1基因的表達存在顯著差異（P < 0.05）。多重比較表明，組1和組3與組0和組2之間存在顯著差異。

四、討論： 

本研究發(fā)現(xiàn)，溫度與光照的耦合效應(yīng)顯著影響擬南芥生物鐘基因TOC1、LHY和CCA1的表達節(jié)律。溫度的變化可以調(diào)節(jié)基因表達的相位和振幅，進而影響生物鐘的運行。這一發(fā)現(xiàn)有助于理解植物如何適應(yīng)環(huán)境變化，調(diào)控生理過程的晝夜節(jié)律。

五、結(jié)論： 

光照培養(yǎng)箱環(huán)境下，溫度與光照的耦合效應(yīng)顯著影響擬南芥生物鐘基因TOC1、LHY和CCA1的表達節(jié)律。溫度的變化可以調(diào)節(jié)基因表達的相位和振幅，表明溫度與光照相互作用在調(diào)控植物生物鐘中起重要作用。

• 植物育種光照培養(yǎng)箱

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