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油菜论文
分类号密级
UDC单位代码10537
湖南农业大学
硕士学位论文
研究生姓名
指导教师
学科专业作物遗传育种
研究方向植物种质资源评价与利用
提交论文日期论文答辩日期
答辩委员会主席论文评阅人
学位授予日期
二○一一年五月
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名:
时间:
年月日
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本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
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研究生签名:
时间:
年月日
导师签名:
时间:
年月日
摘要
本文采用了室内低温模拟和大田自然低温相结合的研究方法,研究了模拟不同低温下和自然低温条件下,外源植物调节剂植物动力2003对两种甘蓝型油菜(杂1613和湘油15)生理生化指标的影响,并对其抗寒机理进行了初步分析;同时,配制了3种抗寒剂,使用9种不同的浓度,喷洒甘蓝型油菜并做低温处理,筛选得到了效果最佳的抗寒剂浓度。
1.0℃低温下,两种甘蓝型油菜均未出现死亡迹象;处理与对照之间,各项生理生化指标差异显著。
随着冷胁迫时间的延长,植株的脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白,丙二醛含量逐渐增加,呈正相关;对照体内的SOD活力逐渐降低,到达第五天时,达到最小值,但处理的SOD活力依然维持着较高的水平。
恢复生长后,处理较对照长势良好,叶片深绿;植株SOD活性提高,但低于冷胁迫前水平。
2.采用ABC三种药剂,三种不同的使用浓度,对湘油15号幼苗喷洒,进行5℃、0℃、-5℃的低温处理,恢复生长后:
5℃,死亡率为0,各处理与对照之间差异不显著;0℃,A2,B2,C3幼苗生长旺盛,植株体内含水率、叶绿素含量较高,渗透电解质较低;-5℃,各处理与对照都出现了死苗的现象,但B2的存活率依然有90%,同时,经A剂、B剂处理的油菜,叶片增厚发紫,并呈匍匐状生长。
3.在大田自然低温条件下,对两个甘蓝型油菜品种(杂1613和湘油15)喷施植物动力2003,处理与对照相比,脯氨酸含量增加,丙二醛含量和电导率降低。
关键词:
甘蓝型油菜,生理指标,抗寒性
Abstract
Thispapercombinesthesimulationinthelowtemperatureindoorwiththefieldtestinthelowtemperatureinthenatureastheresearchmethods.ItresearchestheinfluencetothephysiologicalandbiochemicalindexesoftwokindsofB.napus(H1613&X15)withthecontrolofexternalplantregulatorPlantPower2003,andanalysesbasicallythemechanismsoftheresistanceagainstfrost.Meanwhile,weresearchoutthreekindsofcold-resistantabilitieswithninekindsofthicknesses.Wedustthecold-resistantabilitiesontotheB.napus.Afterthelowtemperature,wescreenoutthebestthicknessofthecold-resistantabilities.
1.Withthetemperatureof0℃,twokindsofB.napussurvive.However,thediversitiesofthephysiologicalandbiochemicalindexesaredistinct.Alongwiththetimeofcoldstress,thecontentsofthepro-line,thesolublesugar,theWSPandtheMDAintheplantincreasegently.Thischangeisthedirectproportion.ComparedwiththeinnerSODenergy’sdecrease,theminimumappearsinthefifthday.WhereasthedealtSODenergyisstillinthehighlevel.Aftergrowingagain,thedealtoneisbetterthanthecomparedonewiththedark-greenandfullleaves.AlthoughtheSODenergyincreases,itslevelislowerthanthesituationbeforethefreezingtolerance.
2.Afterdustingthethreekindsofcold-resistantabilitiescalledA,BandCwithninekindsofthicknessesontoseedlingsofX15,anddealingtheminthedifferenttemperaturesof5℃、0℃、-5℃,theplantsgrowagain.At5℃,thedeathrateisnilwithlessdiversities.At0℃,theseedlingsofA2,B2,C3bloomwiththehighleveloftherateofwatercontentandchlorophyllbutlowlevelofelectrolyteosmosis.At-5℃,someseedlingsdie.However,thelivabilityofB2isabout90%.Thecoles,dealtbycold-resistantabilitiesAandB,growlikethecrawlandwiththethickandpurpleleaves.
3.Atthelowtemperatureinthenature,thefreepro-linecontentincreasesbutthecontentsofMDAandconductivitydecreaseafterdustingthePlantPower2003ontothetwokindsofB.napus(H1613&X15).
Keywords:
B.napus,physiologicalindexes,coldresistance
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1植物抗寒生理研究进展1
1.1膜结构功能与植物的抗寒性1
1.1.1低温对膜物相、膜结构的影响1
1.1.2低温对膜脂组分的影响2
1.1.3丙二醛(MDA)与抗寒性的关系2
1.2渗透调节物质与植物的抗寒性3
1.2.1可溶性糖与植物抗寒性的关系3
1.2.2可溶性蛋白与植物抗寒性的关系4
1.2.3游离脯氨酸(Pro)与植物抗寒性的关系4
1.3含水率与植物的抗寒性5
1.4酶系统与植物的抗寒性5
1.4.1ATP酶与植物抗寒性的关系6
1.4.2细胞膜保护酶与植物抗寒性的关系6
2外源生长调节剂与植物的抗寒性7
2.1脱落酸(ABA)8
2.2多效唑(PP333)和稀效唑9
2.3油菜素内酯(BR)10
2.46-苄基腺嘌呤(6-BA,6C12H11N5)11
3研究目的与意义13
4主要研究内容与技术路线14
4.1主要研究内容14
4.2技术路线14
第二章自然低温条件喷施pp2003对大田油菜生理生化指标以及产量构成的影响15
1材料与方法15
1.1实验材料15
1.2试验器材15
1.3试验设计16
1.4测定指标及方法[102]16
2试验结果17
2.1自然低温条件下喷施PP2003对油菜生理指标的影响17
2.1.1自然低温条件下喷施PP2003对油菜电导率的影响17
2.1.2自然低温条件喷施PP2003对油菜丙二醛的影响18
2.1.3自然低温条件喷施PP2003对油菜脯氨酸含量的影响18
2.1.4自然低温条件下喷施PP2003对油菜可溶性糖含量的影响19
2.1.5自然低温条件下喷施PP2003对油菜可溶性蛋白质含量的影响19
2.2喷施PP2003对油菜形态特征的影响19
2.3喷施PP2003对油菜产量构成的影响20
3小结与讨论20
第三章人工模拟低温条件下喷施植物动力2003的油菜幼苗生理生化的动态变化21
1材料与方法21
1.1试验材料21
1.2植株培养21
1.3试验设计21
1.4测定指标及方法21
2实验结果22
2.1喷施植物动力2003对湘油15和1613电导率的影响22
2.2喷施植物动力2003对湘油15和1613超氧化物歧化酶的影响22
2.3喷施植物动力2003对湘油15和1613丙二醛的影响23
2.4喷施植物动力对湘油15和1613可溶性蛋白质的影响24
2.5喷施抗寒剂对湘油15和1613可溶性糖的影响24
2.6喷施植物动力2003对湘油15和1613脯氨酸的影响25
2.7喷施植物动力2003对湘油15和1613SPAD值的影响26
3因子分析26
4小结与讨论29
第四章植物生长调节剂浓度的筛选31
1材料与方法31
1.1供试品种31
1.2配方设计31
1.3实验设计31
2实验结果32
2.15℃下喷施外源物质对油菜低温胁迫后存活率和叶片含水率的影响32
2.25℃下喷施外源物质对油菜恢复生长后SPAD和电导率的影响32
2.30℃下喷施外源物质对油菜幼苗低温胁迫后存活率和叶片含水率的影响33
2.40℃下喷施外源物质对油菜恢复生长后SPD和电导率的影响33
2.5-5℃下喷施外源物质对油菜幼苗低温胁迫后存活率和叶片含水率的影响34
2.6-5℃下喷施外源物质对油菜恢复生长后SPAD和电导率的影响34
3小结与讨论35
第五章总结36
参考文献38
朗读
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字典
第一章绪论
1植物抗寒生理研究进展
温度是作物生长的必要条件,也是其自然地理区域分布主要的限制因素。
分布在不同地区内的作物常受到不同程度的低温危害,因此,研究低温对植物生理生化的影响及植物抗寒性生理具有重要的理论和实践价值。
低温对植物的损伤一般划分为两个范畴即冰点以上低温对植物的危害为冷害(chillinginjury)和冰点以下的低温对植物的危害为冻害(Freezinginjury)[1][2]。
冻害是造成甘蓝型油菜减产的重要原因之一。
有关油菜抗寒生理方面的研究已有一些报道,而其中大多数研究都是针对油菜在自然越冬过程中抗寒物质变化来进行的。
本文主要从生理方面对油菜抗寒性进行综述。
1.1膜结构功能与植物的抗寒性
关于结冰冻害的原因曾有不同的假说:
比如“结冰伤害”“融冰伤害”“脱水伤害”“保护物质”等,近年来发展到生物膜伤害假说比过去的假说更能反映结冰冻害的本质问题。
Lieberman在甘薯的冷害研究中,首先注意到在低温冷害过程中,集中生理反应的时间顺序,为进一步研究抗冷性机理提供了基础[3]。
尽管对结冰冻害的机理有不同争论,Heber通过叶绿体的分离试验揭示冻害首先是破坏叶绿体的膜结构然后才造成光合磷酸化酶的失活[4]。
因此,结冰时首先是使最敏感的生物膜发生透性变化,最终就使植物细胞受冻害死亡。
1.1.1低温对膜物相、膜结构的影响
植物细胞膜主要是由脂类和蛋白质组成的流动镶嵌结构。
植物在遭遇低温胁迫时,细胞内会发生一系列生理、生化和物理特性的变化,而这些变化会进一步引起膜透性的变化,使膜的流动性下降,膜脂发生相变,由原来的无序状态变为有序状,由液晶态变为凝胶态,膜脂双分子层中的有些域变为固相,从膜脂中分离出来,使膜脂的结构生改变,脂质中蛋白构型以及细胞膜酶系功能的改变,从而使细胞代谢发生变化和功能紊乱,最终使细胞受伤而导致组织坏死,破坏组织和功能的统一性[5]。
60年代初,简令成等通过对多种不同抗寒性小麦品种的细胞学比较分析,揭示小麦细胞器和膜结构的稳定性与其品种的抗寒性成正相关[6],之后这种关系又从超显微结构水平上也得到进一步证实。
Raion认为植物遭受低温伤害时生物膜首先发生脂膜的物相变化,这时膜脂从液晶相变为凝胶相,膜脂的脂肪酸链由无序排列变为有序排列,膜的外型和厚度发生变化,膜上出现孔道或龟裂,因而细胞膜透性增大,细胞电解质外渗增加,膜结合酶活性也因此发生改变,导致植物细胞生理代谢失调和功能紊乱[7]。
低温胁迫引起细胞膜系统的损伤与破坏已为大量实验结果所证实,而且植物体内凡能降低细胞膜相变温度的因素都有助于提高植物的抗寒能力[8][9]。
油菜方面,李世成对从国外引进的12个甘蓝型油菜品种进行零上低温处理,发现细胞膜相对透性和可溶性糖含量与甘蓝型油菜品种抗寒性的关系最为密切[10]。
1.1.2低温对膜脂组分的影响
高等植物类囊体膜由基粒膜和间质膜组成,粒是由许多密闭的类囊体膜垛叠形成的,基粒间靠间质膜连接,形成连续的膜体系。
脂类双分层是组成细胞膜的骨架,极性脂肪酸是双分层的主要组分[11]。
低温冷害时,膜脂会发生相应的变化,以适应低温环境。
关于膜脂与抗寒性的关系研究,主要集中在两个方面:
一是膜脂的不饱和脂肪酸含量与抗寒性的关系。
低温胁迫下,脂肪酸脱饱和酶发生作用能代谢产生更多的不饱和脂肪酸。
之后经一些学者证实,在抗寒锻炼中,植物的不饱和脂肪酸的积累确实有所增加[12][13][14]。
王洪春发现水稻干胚膜脂中,脂肪酸不饱和指数与胚形成期温度成负相关,相关系数为-0.675.但是也有与以上试验相反的结果,例如油菜幼苗在低温锻炼时,亚油酸不仅在抗寒力提高的叶细胞中增加,同时也在抗寒力不提高的根细胞中增加[15]。
研究膜脂组分与抗寒性的另外一个方面就是膜磷脂含量与抗寒性的关系,已有不少有关研究得出这一结论,在油菜中也观察到,磷脂是在抗寒锻炼的第二个阶段合成,直接受亚结冰温度的影响。
而叶片的耐寒性在第二阶段提高,正好与磷脂的增长相符合。
因此,在寒冷锻炼的第二阶段,膜适应低温的迅速变化可能是主要关键。
根据冬油菜叶在初始冻害结冰过程中磷脂的突然降低认为细胞要忍受引起伤害的冰冻,磷脂含量要有某种临界值[16]。
所以当冰冻引起的胁迫除去后,充分的磷脂重建是必要的,所以当冰冻引起的胁迫除去后,充分的磷脂重建是必要的,可认为磷
脂是一种修复机理。
1.1.3丙二醛(MDA)与抗寒性的关系
质膜透性是衡量作物抗逆性的一个重要指标。
植物在逆境条件下质膜相对透性增加,离子大量外渗,膜系统受到破坏,脂质过氧化作用增加。
而MDA是脂质过氧化作用的终产物,MDA含量是衡量脂质过氧化作用强弱的主要指标[17]。
MDA是具有细胞毒性物质,常温下植物体内MDA很少,但遇逆境伤害时,其含量便升高,其主要是破坏植物细胞膜系统,使植物细胞膜的选择透过性降低[18]。
MDA为膜脂过氧化产物,其与植物受逆境胁迫程度有关,由于低温胁迫细胞内的性氧代谢平衡被破坏,从而有利于活性氧或超化物自由基的产生。
这种氧化会对细胞膜造成大的损伤[19]。
经低温胁迫后的长春地区各月季品种,MDA含量差异达到极显著水平,可以作为东北地区月季品种引进的选择标准及检测依据[20]。
MDA与抗坏血酸、可溶性糖、脯氨酸的含量成负相关性,在很多研究中都有体现,关键在于它与细胞膜的透性也有很大的关系。
这种膜脂氧化的最终产物势必影响细胞的存活率,更为严重时,直接使植物死亡[21]。
不同品种的冬油菜随着温度的下降,各品种(系)质膜相对透性(RPP)逐渐增加,而且经变温处理后,随着质膜的损害,各品种的MDA含量也不同程度的增加了,且增幅较质膜相对透性明显。
并且二者变化的温度条件一致,都是在10°C以上处理时变化不大,但当温度下降到10°C一下,尤其是5°C时,各品(系)之间的变化很明显,因此,冬油菜在低温胁迫下,MDA含量变化趋势与质膜相对透性的变化趋势基本一致。
这和前人的研究结论一致[22]。
宋志荣在对甘蓝型油菜MDA含量分析时也进一步证实了这个结论[17]。
1.2渗透调节物质与植物的抗寒性
1.2.1可溶性糖与植物抗寒性的关系
淀粉的减少与糖分的相应增加,长期以来被认为是与抗寒性有联系的,也就是说糖的含量增加与淀粉水解是平行的(Sakai,1996)[23]。
王淑杰等通过对可溶性全蛋白、可溶性糖含量与葡萄抗寒性关系的研究得出可溶性糖与电解质渗出率呈显著相关关系。
可溶性糖在抗寒作用中是一个渗透调节因子,能够调节组织渗透势,降低细胞冰点[24]。
简令成(1999)认为,在植物抗寒力发展的初期,可能其依赖于细胞内含糖量的增加,当抗寒力进一步提高时,可能主要是依靠细胞内蛋白质和核酸的变化与提高[25]。
可溶性糖不仅起到保护剂的作用,还可促进的积累,间接诱导蛋白质的合成而提高植物的抗寒性。
甘蓝型油菜在越冬过程中,随着温度的降低,可溶性糖的积累大幅度上升[26]。
之后,李世成通过对不同甘蓝型油菜品种进行低温胁迫的实验也指出:
细胞膜相对透性和可溶性糖含量与甘蓝型油菜品种抗寒性的关系最为密切[10]。
朱惠霞研究了8个白菜型冬油菜品种在越冬过程中可溶性糖的变化,在白菜型油菜上得到了同样的结论:
抗寒性强的品种比抗寒性弱的品种含有更多的可溶性糖,同时他也认为,POD、可溶性蛋白和可溶性糖只能比较品种抗寒性的相对强弱,并不能作为鉴定品种抗寒性强弱的标准8个白菜型冬油菜品种抗寒性的初步评价[27]。
但与上面实验相反的结果也存在,所以Levitt就认为糖与植物的抗寒性的关系并非完全一致,许多植物在糖含量和抗寒性之间不显示平行关系,少数品种甚至成反相关[28]。
1.2.2可溶性蛋白与植物抗寒性的关系
1979年,WeiserCJ等首先提出植物抗寒性诱导过程中基因表达改变的观点,指出多年生木本植物的低温适应性可能需要两个条件,即特异基因的转录激活及在最大抗寒过程中新蛋白质的低温诱导合成,从而揭示了植物抗寒锻炼实质上是感受低温信号,调节基因的表达和代谢的环境适应过程,研究者曾发现在低温处理的冬油菜叶片内发现了两种可溶性蛋白质的增加,并存在于细胞质中[29]。
之后大量实验表明,在很多植物中的可溶性蛋白质含量,与抗寒锻炼的发展间有密切关系。
王毅等认为,植物低温冷害引起细胞蛋白质的变化主要表现在可溶性蛋白的变化和产生抗冻蛋白。
在经受低温锻炼的过程中,植物组织的可溶性蛋白质含量增加,被认为是植物产生抗寒性的重要过程[30]。
赵利辉也认为植物冷驯化过程中可诱导产生新蛋白质,或某种蛋白质合成量显著增加,此类蛋白称为冷激蛋白。
激蛋白具有3个显著特点:
高甘氨酸含量、高度亲水性和热稳定性,结构决定其具有提高植物抗寒性的功能[31]。
越冬过程中,甘蓝型油菜叶片中可溶性蛋白含量不断增加[32]。
朱惠霞等在白菜型油菜上也得出了同样的结论,并认为可溶性蛋白的含量在1℃~-4℃范围内可以作为抗寒性鉴定的可靠指标之一[27]。
并且由于可溶性蛋白的亲水性强,可溶性蛋白的增加可显著提高细胞的保水力,其作为保护性物质比糖更有效[33]。
1.2.3游离脯氨酸(Pro)与植物抗寒性的关系
当植物遭受渗透和水分胁迫时游离脯氨酸积累是一个普遍现象[34]。
是因为植物体内游离氨基酸含量很低而低温胁迫条件下,游离氨基酸的含量迅速上升,增加了细胞液的浓度,对细胞起依数性保护作用[19]。
柳建国等在研究脯氨酸与抗旱植物之间的关系时发现,作物中游离脯氨酸含量与体内水势为负相关,这与前人的研究结果一致[35]。
而含水率一直被认为是与抗寒性呈正相关的。
脯氨酸含量高的作物抗寒性较强在很多植物上已经得到证实,例如,抗寒性强的珍珠菜属植物体内脯氨酸含量最高,而抗寒性最弱的脯氨酸积累最少,其渗透调节能力最弱,因此抗寒性差[36]。
王芳等通过对芸香、常绿景天、侧金盏花三种不同抗寒类型植物体内脯氨酸含量的年季变化的测定,进一步证实了脯氨酸的含量的年季变化与植物的抗寒性存在相关性。
同时她也认为并不是任何情况下的脯氨酸含量增加对植物都有益处,在较低的长期冷害温度下,脯氨酸增加是植物伤害的结果,而在无严重冷害的锻炼温度下,脯氨酸积累则是一种适应性反应[37]。
另外,在很多试验中都表明,脯氨酸含量可作为油菜品种抗寒性鉴定的生理指标[38]。
例如,胡胜武在低温锻炼的冬油菜组织中,脯氨酸含量明显增加,低温下小分子量的水溶性蛋白质,转变成脯氨酸和蛋氨酸[32]。
1.3含水率与植物的抗寒性
植物进入停止生长的休眠状态,抗寒性就显著提高;干燥的种子或树木的休眠芽抗寒性都很强,很多学者已经发现植物体内水分越少抗寒性会随之增强,王佩芝等认为麦苗组织含水率是小麦重要的抗寒指标。
胡胜武通过对14个甘蓝型油菜品种(系)的7个抗寒性状及其与越冬抗寒性关系的研究结果表明总含水量对越冬存活率的偏回归系数极显著,其它性状对越冬存活率的偏回归系数都不显著,因此提出叶片总含水量可考虑作为油菜抗寒性鉴定的指标[39]。
而植物体内的水分为束缚水和自由水,束缚水是指在植物体内和原生质胶体紧密结合的水分,与植物的抗性有密切关系,它不参与植物的代谢,不易结冰和蒸发,自由水则不与原生质胶体紧密结合,其含量较多时,植物代谢活动强,生长速度快,但抗性往往降低。
组织中总含水量和束缚水自由水的比值能较准确地反映植物的抗寒性[40]。
通常认为细胞束缚水对晚直播油菜生长和抗寒性的影响及作用机理的增加是抗寒力增强的标志。
因此,宋良图用通径分析对油菜抗寒性的研究结果显示,外界低温和植株体内的水分状况自由水和束缚水对抗寒性的直接效应很大。
1.4酶系统与植物的抗寒性
植物抗寒性是植物长期适应低温逆境而形成的一种生理特征,只是由它的代谢决定的,而代谢又决定于酶的催化反应。
当植物受到逆境胁迫时,细胞内活性氧积累过多会打破其产生和清除的动态平衡状态。
在低温胁迫下,
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