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钙信号系统调节柑橘抗寒生理生化机理的研究

李新国  
【摘要】: 低温是限制植物生长和分布的重要因素之一。柑橘是世界上,也是我国南方的一种重要水果,周期性冻害严重影响了柑橘的生产和发展。抗寒的有效途径是培育新的抗寒品种和改善抗寒栽培技术。但迄今为止,全球的柑橘冻害问题仍然没有得到有效解决。 ca~(2+)作为偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使,参与植物细胞对胞外环境的反应与适应,在调节植物细胞对低温等逆境环境胁迫信号转导过程中起着重要的作用。而Ca~(2+)信号对植物抗寒的作用大多数只是在一年生草本植物上得到研究,而在多年生木本植物的研究上甚少。研究钙对柑橘抗寒机理的调节,旨在为柑橘等木本植物抗寒栽培和抗寒育种提供理论依据。 本论文研究了来檬(Citrus aurantifolia Swingle)、Page橘柚(C.reticulata Blanco×C. grandis Osb.cv.Page)和国庆1号温州蜜柑(C. reticulata Blanco. cv.Guoqing No. 1)三种柑橘愈伤组织在0、3、5、10和15 mmol/L Ca~(2+)浓度和两种Ca~(2+)信号系统抑制剂EGTA(乙二醇双乙胺醚-N,N′-四乙酸)和TFP(三氟拉嗪)对低温下生理生化指标的变化;在国间实验中,探讨了不同钙盐对国庆1号温州蜜柑的抗寒性的影响。主要结果如下: 1.Ca~(2+)信号系统影响了柑橘膜脂肪酸不同组分的含量。研究了Ca~(2+)对低温下柑橘愈伤组织膜脂肪酸组成和比例的影响,发现不同浓度Ca~(2+)处理对低温下柑橘愈伤组织膜脂肪酸组成没有影响,但是对一些膜脂肪酸的相对含量有显著影响。柑橘愈伤组织的膜脂肪酸种类主要有棕榈酸、棕榈烯酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸,其中油酸和棕榈酸成分含量最多,其次是亚油酸和亚麻酸,棕榈烯酸和硬脂酸含量最少。外源5 mmol/L Ca~(2+)能显著地增加柑橘愈伤组织膜脂肪酸不饱和指数IUFA。其中,亚油酸和亚麻酸含量的变化敏感,亚油酸和亚麻酸的含量分别与IUFA显著相关,相关系数分别为0.6732、0.8056。采用Ca~(2+)螯合剂EGTA或钙调素拮抗剂TFP对柑橘愈伤组织低温处理后,减少柑橘愈伤组织膜脂肪酸不饱和指数IUFA,降低了柑橘的抗寒力。 2.Ca~(2+)信号系统参与调节柑橘抗寒中膜脂过氧化和保护性酶等生理生化反应。一定低浓度的Ca~(2+)(5 mmol/L)处理能明显地减少柑橘愈伤组织膜伤害率和膜脂过氧化产物MDA的积累。而且,还提高了膜保护性酶SOD和POD的活性,从而增强柑橘的抗寒性。采用EGTA或TFP处理会增加愈伤组织的膜伤害率和MDA的积累,降低了SOD和POD的活性。 3.Ca~(2+)信号系统影响柑橘抗寒过程中渗透调节物质的合成。外源5 mmol/L Ca~(2+)处理能明显地增加低温下的柑橘愈伤组织可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸含量。采用EGTA或TFP对柑橘愈伤组织低温处理后,降低了柑橘愈伤组织可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸含量。 4.外源Ca~(2+)处理影响低温下柑橘愈伤组织的冷诱导蛋白质的合成。利用SDS-PAGE法分析不同Ca~(2+)浓度对Page橘柚愈伤组织在不同低温处理天数下的可溶性蛋白质电泳情况,观测到共同出现的蛋白质条带有77.8 kD、58.9 kD、51.5 kD、44.2 kD和38.2 kD蛋白产生,而65.3 kD和17.1 kD蛋白诱导与否与低温处理时间有关,还有21.1 kD、23.2 kD、25.8 kD和97.6 kD等蛋白诱导与否不但与低温处理时间有关,而且与外源Ca~(2+)浓度有关。 5.外施钙盐可以提高温州蜜柑的抗寒性,不同类型的钙盐提高抗寒性的程度不同。研究了以20 mmol/L氯化钙(CaCl_2)、醋酸钙(CaAc_2)和硝酸钙(Ca(NO_3)_2)等三种钙盐喷施国庆1号温州蜜柑后,叶片半致死温度(LT_(50))的变化,以及在低温(-9℃)胁迫下的一些生理生化变化。结果表明:喷施Ca_(2+)盐处理能提高温州蜜柑的抗寒性,降低其LT_(50),CaCl_2处理后LT_(50)只比对照(以蒸馏水为对照)降低了0.64℃,而CaAc_2处理或Ca(NO_3)_2处理后LT_(50)比对照分别降低了1.34℃和1.35℃。同时,三种Ca~(2+)盐处理能提高国庆1号叶片在-9℃低温胁迫下的抗氧化酶(SOD和POD)活性和渗透调节物质(可溶性蛋白质、可溶性糖和脯氨酸)含量,减少膜脂过氧化产物MDA的积累。这种效应在3种钙盐之间也存在差异,CaAc_2处理或Ca(NO_3)_2处理效果比CaCl_2处理效果较强。


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