北方强冬性白菜型冬油菜抗寒性评价及抗寒机制研究
Evaluation of Cold Tolerance and Study on the Cold Tolerance Mechanism on Strong Anti-cold North Winter Rapeseed (Brassica Rapa)
本文对不同抗寒性冬油菜品种的生理生化特性和POD同工酶谱进行了研究,通过对抗寒性相关指标进行筛选,建立起一个综合的冬油菜抗寒评价模型,并对强冬性白菜型冬油菜的抗寒性机制进行了较深入的探索,主要结果如下:1.对抗氧化酶活性(SOD、CAT和POD)和丙二醛含量(MDA)及过氧化物同工酶分析结果表明,在温和的环境中,白菜型冬油菜相比甘蓝型冬油菜有更高的抗氧化酶活性和更低的脂质过氧化水平,说明白菜型冬油菜的抗逆性强于甘蓝型冬油菜,特别是白菜型冬油菜的过氧化物酶活性平均值是甘蓝型冬油菜的10倍之高.23个受试品种(系)的POD同工酶分析共发现67条酶带,白菜型冬油菜和甘蓝型冬油菜都存在其特征谱带,不同品种间在带型分布及显色强度上存在差异.白菜型冬油菜'Largo'、'Prisma黑'和'Prisma黄'的p4酶带和甘蓝型冬油菜一致,表明这三个材料和甘蓝型冬油菜有较近的亲缘关系.2.以半致死温度(LT50)为参考指标,对受试材料叶片的生理生化、叶片解剖结构等抗寒性指标进行相关分析,筛选出了与抗寒密切相关的生理生化指标和生物学性状,此外,对不同抗寒性油菜叶片气孔的分析显示,强抗寒性品种叶片其气孔相对较小,这与前人研究结果不同;并建立了一个抗寒性评价的多元回归模型:Y=﹣18.362-0.034X1+0.512X2-6.086X3+0.14X4+0.008X5-0.001X6(Y-半致死温度;X1-5~0℃POD活性变化量;X2-0~-5℃CAT活性变化量;X3-栅海比;X4-栅栏组织厚度;X5-叶片厚;X6-气孔大小).通过回归方程的显著性检测、回代检验以及结合直接的抗寒冷冻形态分级法,表明这个多元回归模型具有较高的可靠性.3.基于抗氧化酶活性与细胞冰冻状态间的相关性模型,用4个冷驯化的不同抗寒性油菜品种的根为材料,于低温试验箱内进行连续降温处理(4℃24h,0℃24h,-3℃24h,-6℃24h,-9℃24h,-15℃24h,-21℃24h),通过检测其抗氧化酶活性(POD,CAT)并结合POD同工酶电泳,发现强抗寒性油菜品种根部POD和CAT的活性在降温初期变化较小,后期持续大幅增加;而弱抗寒性品种在降温初期POD和CAT的活性有较大幅度的变化,之后就保持恒定不再改变.实验结果显示弱抗寒性油菜品种根细胞在降温处理后期完全冻结,而强抗寒性的能通过某种机制避免细胞结冰,保持细胞的溶液状态(过冷却态).表明强抗寒油菜品种能安全越冬的关键是避免细胞内结冰,其结冰温度越低,抗寒性越强.弱抗寒性的油菜品种则是因为细胞内结冰产生的致死性损伤才无法安全越冬.此外实验结果表明强抗寒性品种根部可能存在高活性的抗冻蛋白.4.通过光学显微镜观察法对低温诱导的超强抗寒性冬油菜陇油6号的叶片和根的质外体粗提物抗冻活性检测表明,其质外体粗提物具有明显的冰晶形态修饰活性和重结晶抑制活性,表明冬季冬油菜叶片和根的非质体中有抗冻蛋白.通过SDS-PAGE凝胶电泳直接分离质外体蛋白并结合MALDI-TOF/TOF质谱,鉴定出多种功能尚不明确的蛋白质,发现其中有几种蛋白(如类葡聚糖酶)与冬黑麦中报道的抗冻蛋白一致.对叶片质外体中的类葡聚糖酶进行了SDS-PAGE回收及抗冻活性测试,证实这个类葡聚糖酶具有较弱的冰晶形态修饰作用,说明低温诱导的叶片质外体类葡聚糖酶在油菜中也扮演抗冻蛋白的角色.由于质外体粗提液的重结晶抑制活性极强,且低温诱导后存在许多功能尚未明确的蛋白质,推测冬季强抗寒性冬油菜质外体中可能存在多种未被发现的抗冻蛋白.
- 作者：
- 史鹏辉
- 学位授予单位：
- 甘肃农业大学
- 专业名称：
- 作物遗传育种
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 孙万仓
- 中图分类号：
- S634.3
- 关键词：
- 冬油菜；抗寒性评价；生理生化；细胞结冰；抗冻蛋白
- winter oilseed rape；physiology and biochemistry；cold resistance rating；intracellular freeze；antifreeze protein