小麦抗氧化物质对低温的动态响应及相关基因差异表达分析

发布时间：2019-08-15 16:22

【摘要】：植物的生长发育受到很多因素额影响,例如:温度,光照,水分,重金属,病虫害等,其中低温是对农作物产量影响最大的逆境条件之一。黑龙江是我国北方高寒地区,冬季气温低且持续时间较长,冬小麦能否在黑龙江省稳定越冬一直是育种上一个值得突破的问题。2007年,东北农业大学小麦育种研究室成功培育出东农冬麦1号新品种,使得冬小麦在高寒地区种植成为可能。前人已经在东农冬麦1号的抗寒机理方面做了大量的研究,但对于如何准确评价抗氧化水平对于小麦抗寒性的影响机制尚未完全揭示。本试验选取抗寒性差异显著的3个小麦品种即强抗寒品种“东农冬麦1号”、弱抗寒品种“济麦22”和不抗寒品种“中国春”为材料,田间生理试验取样设置在低温驯化期和封冻期,室内通过模拟低温环境对分蘖节进行取样,通过测定3个小麦品种间活性氧含量及抗氧化酶活性,抗氧化剂含量,明确低温下不同抗寒品种的小麦间活性氧含量的动态变化及调节机制。通过室内模拟低温和田间真实情况的比较分析,判断室内模拟低温处理能否较好的评价田间的真实情况,为探究室内抗氧化指标的快速鉴定方法奠定基础。同时选取“东农冬麦1号”和“中国春”作为试验材料,针对本课题组前期数字表达谱中筛选出3个与超氧化物歧化酶有关的表达基因,3个与抗坏血酸过氧化物酶有关的表达基因,之所以选择这6个基因是因为检测到其在低温驯化处理的不同时间内出现多次过表达,推测这几个基因的表达与冬小麦驯化期抗寒性积累有关。采用室内低温模拟的方法,测定不同抗寒性冬小麦在低温胁迫下超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸或氧化物酶(APX)相关基因的表达差异。最终通过结合室内外生理生化指标水平和基因定量表达分析的结果,探究室内活性氧含量的动态变化以及抗氧化系统生理指标的快速鉴定方法,明确低温下麦品种间与活性氧含量调节有关清除物及相应的基因,为进一步研究小麦抗寒遗传基础和遗传改良潜力奠定基础。本试验所得结果如下:1、经充分低温驯化的冬小麦品种,在田间封冻后期或盆栽冷冻至-18℃时,分蘖节内H2O2含量和封冻30d丙二醛含量可用于鉴别小麦品种抗寒性。2、与SOD和POD相比,在封冻30d后,小麦品种分蘖节内APX和CAT活性高更有利于提高小麦抗寒能力。3、快速冷冻和延时冷冻小麦体内H2O2含量的变化趋势与露地越冬条件下表现相近。在CAT的活性上,延时冷冻试验与田间试验结果比较吻合。4、Ta SOD-3基因在冷冻初期(低温驯化30d及-10 2h℃)在东农冬麦号中的表达量相对于中国春达到最大,分别是中国春的8.63和11.78倍。5、Ta APX-2和Ta APX-3均在冷冻期(-12℃2h)于东农冬麦1号中的表达量相对于中国春达到最大,分别为中国春的3.12和21.22倍。6、Ta SOD-3、Ta APX-2、Ta APX-3基因是参与低温响应的重要基因。其中,Ta SOD-3基因在冷胁迫初期起主要作用,TaAPX-2、TaAPX-3在持续冷冻下起主要作用。
【图文】：

取样试验,活性氧,酶类

3 结果与分析3.1 田间及室内低温模拟条件下品种间 H2O2含量比较分析在植物逆境反应研究中，活性氧（ROS）的作用一直是倍受关注的焦点问题。由于活性氧在产生与不同活性氧成分的转换过程中存在多种变化，许多成分只在极短时间内存在。因此，大量关于活性氧方面的研究，多用能与活性氧反应的其他物质含量的动态变化来间接地进行，如酶类的 CAT、POD、SOD、APX 等及非酶类的 ASA、GSH 等。直到近期对组织中H2O2的检测技术的发展，才使得对逆境下植物检材中 H2O2含量测定成为可能。本研究对 3个低温试验中各处理下不同小麦品种分蘖节中 H2O2含量分别进行了检测，结果见图 3-1。

取样试验,丙二醛含量,分蘖节,冷冻处理

图 3-2 不同试验处理下丙二醛含量的变化 A: 试验 Ⅰ B：试验 Ⅱ C：田间取样试验Fig.3-2Changes of MDAcontent under different test treatments. A: Treatment ⅠB: Treatment IIC: Field sampling period在试验 I 与试验 II 的 CK 条件下，中国春，济麦 22 和东农冬麦 1 号分蘖节中 MDA 含量分别为 3.69、3.86 和 2.83μmol/g，结果说明小麦未经低温处理时，其机体内丙二醛的本底水平就在 2~4μmol/g 之间。经历 4℃驯化后分别增加到 5.78、4.17 和 4.47μmol/g。在试验Ⅰ 中，中国春，济麦 22 和东农冬麦 1 号在 A 处理下，即低温驯化后于-10℃冷冻 2h 处理，各小麦品种分蘖节中 MDA 含量迅速升高，达到整个冷冻时期的最大值，分别为 21.16,15.56 和14.88μmol/g。中国春在 B 处理（即：冷冻温度降至-12℃）下分蘖节中 MDA 含量为 18.26μmol/g，在冷冻的中后期，中国春 MDA 含量下降，但仍处于较高水平，在 C,D,E 处理（即：冷冻温度分别降至-14℃、-16℃和-18℃）下，MDA 含量分别为 10.40,11.58 和 11.70μmol/g，为 3 个品种中最高的。济麦 22 在 B 处理下分蘖节中 MDA 含量下降到 10.39μmol/g，在更加深入的冷冻处理后，，济麦 22 分蘖节中 MDA 含量处于比较稳定的状态，C 处理下达到 8.16μmol/g，在 D,E 处理下含不显著，分别为 8.69 和 9.07μmol/g。东农冬麦 1 号在 B 处理下分蘖节中 MDA含量迅速下降到整个冷冻时期的最小值，为 5.11μmol/g，在冷冻处理的中后期，有小幅度的升高但仍处于较低水平，在 C,D,E 处理下分别为 7.16,8.69 和 8.25μmol/g。试验 I 结果说明，在快速冷冻试验中，经过充分低温驯化后的小麦品种，在冷冻处理的各个阶段，分蘖节中
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S512.1

【参考文献】