外源2,4-表油菜素内酯在棉花抗低温胁迫中的作用研究

发布时间：2020-04-08 08:32

【摘要】：棉花起源于亚热带,是喜温好光的作物,其适宜生长温度在20-30℃之间。棉花对低温比较敏感,当日平均温度低于15℃就会对棉花生长造成胁迫。棉花苗期易遭受倒春寒,受到低温伤害。油菜素内酯(BRs)是一类甾醇植物激素,在植物生长发育中起着不可替代的作用,同时其在植物适应或抵抗逆境胁迫中也具有重要作用。因此本试验研究了低温胁迫下2,4表油菜素内酯(EBR)对棉花幼苗生长、生理特征以及在转录水平的影响,主要结果和结论如下:(1)室内条件下,中棉所60和鲁棉研28在4℃低温处理前叶面分别喷施0.05 mg·L~(-1)、0.1mg·L~(-1)、0.2 mg·L~(-1)、0.5 mg·L~(-1)、1 mg·L~(-1)EBR和蒸馏水。研究发现,低温胁迫后叶片中MDA(丙二醛)含量和REC(相对电导率)显著升高,鲁棉研28叶片中MDA含量和REC比中棉所60显著增高,表明鲁棉研28对低温可能更为敏感。外源喷施EBR可以显著降低鲁棉研28和中棉所60叶片中MDA含量和REC增加的幅度;同时,外源喷施适宜浓度EBR较喷施蒸馏水可以显著提高叶片中脯氨酸含量、Pn(净光合速率)、气孔导度、最大光化学效率和基于吸收光能的性能指数、植株的鲜重和干重。外源EBR对以上生理指标的影响表现为随着EBR浓度增加,这些生理指标降低或增加的幅度先增大后减小,中棉所60喷施0.1 mg·L~(-1) EBR对缓解低温伤害的效果最好,鲁棉研28喷施0.2 mg·L~(-1) EBR效果最好。(2)在大田条件下,鲁棉研28和中棉所60于低温胁迫来临之前,叶面分别喷施0.1 mg·L~(-1)、0.2 mg·L~-11 EBR和蒸馏水。3d后测定生理指标发现,外源喷施EBR较喷施蒸馏水叶片REC显著降低、叶绿素含量、最大光化学效率(F_V/F_M)和基于吸收光能的性能指数PI_(ABS)、光反应中心活性和电子传递能力显著提高,棉花植株的鲜重和干重分别提高7.8%-33.6%和30.9%-41.5%。中棉所60用0.1 mg·L~(-1) EBR处理效果较好,鲁棉研28用0.2 mg·L~(-1) EBR处理效果较好。(3)鲁棉研28在4℃低温处理前叶面分别喷施0.2 mg·L~-11 EBR和蒸馏水,6h、12h、24h后取叶片测转录组。在6h、12h和24h喷施EBR较喷施蒸馏水显著差异表达基因分别为282、85和4000个。24h显著差异基因GO注释主要富集到响应胁迫、防御响应、蛋白质折叠、转录因子和ADP结合。KEGG富集到氨基酸生物合成、植物激素信号转导、氨基酸糖和核酸糖代谢、谷胱甘肽代谢等17个代谢通路,显著差异表达的基因中与叶绿素、类囊体、光系统Ⅰ相关的基因均上调;编码乙烯合成途径中的ACO酶、信号转导途径ERFs、赤霉素信号途径中SLY的基因表达量均显著下调;编码谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)、脱氢抗坏血酸过氧化物酶(DHAR2、DHAR3)、抗坏血酸还原酶(GXP6、GXP1)基因均上调。分析发现外源EBR提高棉花抗低温作用可能是通过抑制乙烯合成和信号转导、提高抗氧化能力和对光合作用的保护等途径实现的。
【图文】：

途径,逆境胁迫,脯氨酸,脱落酸

图 1.1 植物活性氧代谢途径（引自：Mori and Schroeder 2004）Figure 1.1 Active oxygen metabolism pathway in plants （from: Mori and Schroeder 2004）1.2.2 渗透调节作用植物受到各种逆境胁迫时会产生和积累一些有机或无机小分子物质维持细胞的渗透压，促进细胞吸收营养物质和水分（Garg et al., 2012）。脯氨酸是参与渗透调节的重要组成成分，脯氨酸是亲水氨基酸，与水具有很强的结合能力，可以缓解低温等逆境造成的细胞脱水引起的细胞内外渗透压的改变（吴广霞等，2008）。同时，脯氨酸可以保护酶和蛋白质的结构以及作为碳水化合物的来源（王宝增，2011）。此外，逆境胁迫下植物细胞还会积累可溶性糖、甜菜碱、可溶性蛋白等物质以及 K+、Na+、Ca2+、Cl-等一些无机离子维持细胞的渗透压。1.2.3 植物激素调控作用激素在植物的生长发育和逆境适应中具有非常重要的作用。低温胁迫下各种激素通过相互平行或交叉的信号通路相互作用、共同参与调控植物的耐冷能力。脱落酸（Abscisic Acicd, ABA）是植物体具有倍半萜结构的重要的胁迫激素，参与低温、干旱等多种逆境胁迫（郝格格，2009）。低温胁迫会诱导植物体内脱落酸含量增加，激素信号通过

丙二醛含量,喷施,外源,叶片

国农业科学院硕士学位论文第二章外源 EBR 对低温胁迫下棉花幼苗生理指标的影响叶片的 MDA 含量显著降低（图 2.1）。低温胁迫下喷施蒸馏水鲁棉研 28 和中棉所 60 叶片的DA 含量较对照分别增加 210.2%和 183.3%。低温胁迫下外源喷施不同浓度 EBR，鲁棉研 28 和棉所 60 叶片中 MDA 含量较对照分别增加 94.9%-175.6%和 78.6%-157.3%，增加幅度均低于喷蒸馏水。低温胁迫下，，与喷施蒸馏水相比，外源 EBR 对鲁棉研 28 和中棉所 60 叶片中 MDA量的影响表现为相同的趋势，即随着 EBR 浓度的增加 MDA 含量下降的幅度先增加后降低。鲁研 28 外源喷施 0.2 mg·L-1EBR 时，叶片中 MDA 的含量较喷施蒸馏水下降幅度最大，降低1.73%。中棉所 60 喷施 0.1 mg·L-1EBR 时，叶片中 MDA 含量下降幅度最大，降低 36.96%。以结果表明低温胁迫导致棉花叶片中 MDA 含量增加，低温胁迫下外源喷施 EBR 可以减少棉花叶中 MDA 的产生，且与 EBR 浓度相关，而且不同的棉花品种所需的最适 EBR 浓度不同，鲁棉28外源喷施0.1 mg·L-1EBR 叶片中 MDA 含量下降幅度最大，中棉所 60 外源喷施 0.1 mg·L-1EBR片中 MDA 含量下降幅度最大。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S562

【参考文献】