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冷季型草坪草耐热基因型的选育和水杨酸调控耐热性的机理

何亚丽  
【摘要】: 高羊茅(Festuca arundinacea Schreb)和草地早熟禾(Poa ptatensis L.)是气候过渡地区常用的草坪草,其绿色期相对较长,但不能顺利越夏。本研究的目的是:1)筛选和培育出耐热性不同的基因型,为草坪业提供耐热品种,为研究耐热性不同机制提供试验材料;2)探索提高高羊茅和草地早熟禾的耐热性适宜水杨酸(SA)浓度,为提高夏季草坪草的耐热性化学调控提供依据;3)研究不同基因型耐热性差异和SA调控耐热性与抗氧化的关系,以期阐明其耐热机制。 通过在高羊茅单株选择圃选择理想的单株和无性系,使其在空间隔离条件下自由授粉的育种方法培育出4个暂定名为98-19,98-20,98-21和98-22的高羊茅新品系。通过田间品比试验和在人工高温条件下的耐热性鉴定,确认“98-22”是耐热性较强的品系,而“98-19”则对热胁迫较敏感。通过10多年的引种试验观察和在人工高温下耐热性鉴定,确定草地早熟禾中Wabash品种的越夏性和耐热性最强,而Nassau的越夏性耐热性相对较弱。 提高高羊茅幼苗抵抗人工高温胁迫(42℃)的最适宜的SA浓度为0.5 mmol/L,而草地早熟禾为0.25mmol/L。超过1.5mmol/L则明显抑制耐热性的提高,甚至增加热胁迫的伤害作用。热胁迫使植株含水量下降,植株萎焉,细胞外渗液电导率增加。而SA则能保持植株在热胁迫下具有较高的含水量,减缓外渗液电导率的上升速度。 综合适宜浓度SA对高羊茅(品种:Triplea)和草地早熟禾(品种:Wabash)的耐热性调控试验结果,可以初步看到SA提高耐热性与抗氧化胁迫的关系。热胁迫使 冷季型草坪草耐热基因型的选育和水杨酸调控耐热性的机理 0;含量上升,SA则有直接淬灭 0;-的作用,和提高热胁迫下体内超氧物歧化酶(SOD) 活性的能力。SA和 SOD淬灭 0;-的作用是累力。的,当 SA浓度达到或超过 50 p mol几 时则显著使SOD活性测定值偏大。SA没有直接降解巳八的能力,但能提高植株体内的 过氧化氢酶(CAT)活性,降低抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧{匕物酶(POD)it 性,说明 CAT tb POD和 APX在 SA提高抵杭热胁迫的能力上具有更重要的地位,使热 胁迫后期的比几含量较低,伤害症状较轻。离体试验结果表明:SA在240波长的光 下有吸收值,当加含量达到或超过 500卜 moVL浓度时则显著降低以T活性的测定值。 热胁迫初期对照和各贩印处理的 H;0;含量上升,与此同时加T、APX、POD和 SOD 活性大都呈上升趋势,因止匕比几含量的上升与SA处理和三种比仙降解酶活性的变化无 关,而和比从生成酶SOD有关。SA能提高热胁迫可溶性蛋白的含量,但SA处理在热 胁迫下没有诱导产生新增蛋白,也没能诱导产生新增的 SOD、POD和以T同工酶。6 超高浓度门 mmo l/L)SA的伤害作用可能主要是由于加大了热胁迫下抗氧化酶的变 化幅度,打破了植物体活性氧的平衡。显然,SA诱导的耐热性与其具有的直接清除 0;·-的能力、改变SOD、CAT、POD和MX酶活性及可溶性蛋白含量、维持植物体内活 性氧代谢的平衡有关,而与特异蛋白和 3种抗氧化酶(SOD、POD、CAT)同工酶的诱 导无关。 耐热性不同的基因型对热胁迫响应不同。PAGE分析结果表明,草地早熟禾耐热品 种Wabash和热敏感品种Nassau具有不同的SOD和POD的同工酶谱特征,但uT没有 同工酶,两个品种都只有一条酶带。对两个品种在HS下的3种比几代谢酶的分析结 果表明:两个品种无论在常温或是热胁迫下,SOD的活性与变化趋势均相似,POD活 性以耐热性较强的 Wabash显著高于热敏感品种 Nassau,6 CAT活性则以 Nassau显著 高于Wabash,说明两个品种清除0;-的能力相似,但在清除过氧化氢上所依赖的酶不 4 摘要 同,Wabash依赖POD,而Nassau依赖以T。SA使Wabash的叽T活性和Nassau的POD 活性显著增加。SA对两个耐热性不同品种诱导的抵抗高温胁迫的机制不同。 SDS-PAGE分析结果表明,高羊茅热敏感品系“98-19” 能合成2条新的热激蛋白 (HSPs),即 170 KD和82 KD蛋白,其中 82 KD蛋白是耐热品系“98-22” 的组成型 蛋白。“Nassau” 能合成 1条 100 KD的 HSPs。初步认为热激蛋白的合成仅是耐热性 较弱的品种对热胁迫的响应方式,但不是耐热品种有较高耐热性的主要原因。


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