白菜型冬油菜抗寒生理响应与抗氧化酶基因表达分析

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学博士学位论文白菜型冬油菜抗寒生理响应与抗氧化酶基因表达分析Anti-coldPhysiologyResponseandantioxidantenzymeGenesExpressiononWinterTurnipRape（BrassicacampestrisL.）曾秀存指导教师姓名孙万仓教授（甘肃农业大学兰州730070）刘自刚副教授（甘肃农业大学兰州730070）学科专业名称作物遗传育种研究方向油菜遗传育种论文答辩日期2015年6月3日学位授予日期年月日答辩委员会主席孙坤教授评阅人刘克德教授杨洪强教授陈锋教授2015年6月3日甘肃农业大学201

2、5届博士学位论文摘要白菜型冬油菜是我国西北寒旱区主要的油料生态作物，但该地区冬季酷寒干燥，极端低温天气频发，使其不能安全越冬。本研究以超强抗寒冬油菜（陇油6号、陇油7号）、强抗寒品种（陇油8号、陇油9号）和耐寒品种（天油4号、天油7号）为试材，利用植物生理生化手段和分子生物学技术（基因克隆、实时荧光定量PCR）分析冬油菜冬前光合特性和越冬期根部生理生化对低温的响应；并克隆和实时荧光定量PCR检测抗氧化酶基因，分析其在低温胁迫下的表达变化。将生理生化与分子生物学研究结果相结合，揭示白菜型冬油菜抗寒机制，为冬油菜抗寒品种选育提供理论依据。主要结果如下：1．冬前低温胁迫后，气孔导度（Gs）、光合

3、速率（Pn）、气孔限制值（Ls）、蒸腾速率（Tr）、羧化效率（CE）、光能利用效率（LUE）和水分利用效率（WUE）均下降，而胞间二氧化碳浓度（Ci）和胞间二氧化碳浓度/大气中二氧化碳浓度（Ci/Ca）上升，冬油菜Pn下降主要由非气孔限制所致。Pn、Gs、LUE和CE在品种间均表现为：耐寒品种（天油4号、天油7号）＞抗寒品种（陇油9号）＞强抗寒品种（陇油8号）＞超强抗寒品种（陇油6号、陇油7号）；Ci和Ci/Ca的升幅为：超强抗寒品种＞强抗寒品种＞抗寒品种＞耐寒品种；WUE在品种间存在较大差异。2．冬油菜Pn日变化呈不规则的“单峰”曲线，光合进程平稳，Pn在12:00-14:00时达到峰值

4、；Tr、CE和Ls日变化呈“单峰”曲线；LUE日变化呈“V”型曲线；Ci和Gs在品种间存在较大差异。3．低温胁迫后，冬油菜PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学活性（Fv/Fo）和PSⅡ的电子传递（Fm/Fo）明显下降，超强抗寒品种降幅最大、光抑制最强；冬油菜初始荧光产量（Fo）和最大荧光产量（Fm）呈“下降-上升-下降”的变化；稳态荧光产量（Fs）、光适应下最大荧光（Fm'）、PSⅡ实际光化学效率（φPSⅡ）和PSII电子传递速率（ETR）均下降，超强抗寒品种降幅最大；非光化学淬灭（NPQ）升高，而耐寒品种（天油4号、天油7号）的升幅最小。4．低温使冬油菜叶绿素荧光启动过程

5、中各参数发生明显变化，超强抗寒品I甘肃农业大学2015届博士学位论文种启动最快，PSⅡ电子传递活性最强，光抑制程度最小，而耐寒品种热耗散最大。5．低温胁迫后，超强抗寒和强抗寒品种根部MDA含量呈“上升-下降”的趋势，SS含量为“上升-下降-上升”趋势，SP含量下降，超强抗寒品种根部MDA含量最低，SS和SP含量均为超强抗寒品种（陇油6号、陇油7号）>抗寒品种（陇油8号、陇油9号）>耐寒品种（天油4号、天油7号）。6．低温胁迫后，冬油菜根部T-SOD、Cu/Zn-SOD、CAT、APX和GR活性增强，而POD活性减弱，超强抗寒品种中的各种酶活性最强，T-AOC能力为超强抗寒品种（陇油6号、陇

6、油7号）＞抗寒品种（陇油8号、陇油9号）＞耐寒品种（天油4号、天油7号）。7．主成分分析表明Pn和CE是反映白菜型冬油菜低温响应的主要因素，CE和WUE是反映冬油菜光合日变化的主要指标；暗适应下的Fv/Fm、Fv/Fo和Fm/Fo与光适应下的φPSⅡ和Fs是冬油菜叶绿素荧光响应低温的主要指标；Fs和φPSII是影响冬油菜叶绿素荧光启动的主要指标；APX、Cu/Zn-SOD和GR活性是影响冬油菜根部抗寒能力的主要因素；超强抗寒品种光合能力和叶绿素荧光参数低温响应最弱，但叶绿素荧光启动和根部抗寒能力综合评价为：超强抗寒品种（陇油6号、陇油7号）＞抗寒品种（陇油8号、陇油9号）＞耐寒品种（天油4

7、号、天油7号）。8．从陇油7号中克隆到APX、Cu/Zn-SOD和Fe-SOD，实时荧光定量PCR分析为，低温下APX和Cu/Zn-SOD的表达量和酶活性均提高，且超强抗寒品种高于耐寒品种，APX和Cu/Zn-SOD是低温诱导表达基因；Fe-SOD半定量和相对定量分析，在4℃时，Fe-SOD上调表达，在-4℃和-8℃时，其表达量急剧下降，且耐寒品种的表达量高于超强抗寒性品种；根部总SOD酶活性高于叶片，超强抗寒品种总SO