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甘蓝叶片对低温的生理生化响应及分子生理学初探

吴峻岩  
【摘要】: 甘蓝是一种世界性的重要蔬菜,在我国甘蓝年种植面积达34万公顷以上,居叶菜类的第二位,近年来栽培面积不断扩大,露地越冬栽培也越来越受到重视,由于冬季经常遭受低温甚至零下低温的影响,温度就成了影响甘蓝露地越冬产量和品质的制约因素,但是关于低温对甘蓝影响的研究却很少。本文以甘蓝叶片为材料,通过对低温5℃胁迫下甘蓝生理生化指标、可溶性蛋白组分以及磷酸化底物蛋白、蛋白激酶活性的研究,以期找出甘蓝叶片对低温胁迫的生理生化响应规律,为甘蓝露地越冬栽培防范寒害提供理论指导,同时对低温胁迫下甘蓝逆境信号传导进行了探讨,从而为彻底弄清低温胁迫机理提供进一步的证据,研究的主要结果如下: 丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(ASP)和过氧化物酶(POD)活性在低温处理0~30min发生显著变化,低温处理3min后,甘蓝叶片内MDA含量基本没有变化,处理5min时出现第一个峰值,达到对照的104.10%,10min出现低谷,仅为对照的86.27%,随后再次上升,30min时超过第一峰值,为对照的113.93%。低温处理后,SOD、ASP和POD三种酶都有升高的趋势,但是变化幅度有明显得差异。SOD活性随低温处理时间的延长,先增高,在10min时达到最大值,然后下降,在20min降低到波谷,但是仍然远远高于对照,然后又开始升高。ASP的活性0~5min内缓慢增加,在5~10min时ASP活性急剧增加然后开始缓慢下降,在20min达到波谷后又开始上升。POD活性变化趋势和SOD和ASP有所不同,POD的活性先是缓慢降低,并且在前10min内POD活性低于未处理的对照,然后持续上升。SOD活性、ASP活性增强的幅度大,POD活性增强的幅度比较小,说明SOD和ASP可能是抗寒过程中膜的主要保护酶,POD可能起到辅助作用。 甘蓝对低温的适应机制可能是通过提高胞内游离脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等小分子物质浓度来实现的。低温处理对脯氨酸含量影响很大,低温处理3min时脯氨酸含量达到对照的3.60倍,5min达到对照的23.04倍之多,10min时又有较大幅度下降,但仍达到对照 西南农业大学硕士学位论文摘要 旦里里里里里绝里里皿理里里里里里 的14.79倍,然后开始下降,在处理30min时又有一定上升。可溶性糖含量在smin时达到 第一个峰值,为对照的125.00%,10min时迅速下降,为对照的92.68%,而20 min后逐渐上 升,在3Omin达到对照的134.52%。可溶性蛋白质含量开始时迅速上升,在smin时达到对照 的2倍,随后迅速下降,在巧min达到波谷,但仍然是对照的1 .36倍,远远高于对照,随后 开始持续上升。 脱落酸含量变化规律与前面的指标基本一致。但是它的第一个峰值出现在3min,为对照 的155.14%,早于上述各指标峰值出现时间。蛋白激酶活性也是出现在低温处理3min时,比 对照高出1倍,smin时又有较大幅度的下降,但仍高于对照,随后又上升,巧min时达到第 二峰值,随后开始下降,30min又有较大上升。植物低温处理后ABA含量迅速升高,从而 引发一系列的体内反应,提高甘蓝的低温适应能力,而蛋白质磷酸化过程也可能参与了ABA 的生物合成。 本研究还发现低温胁迫显著提高蛋白激酶的活性,该激酶对钙调素(CA峋没有依赖性, EGTA使蛋白激酶活性降低,外加钙离子对蛋白激酶活性有明显影响,并且以1mmof.L’,为 最佳浓度,镁离子和锰离子能够在一定程度上激活该蛋白激酶,可见该种蛋白激酶可能是一 种CDPK。通过电泳和放射性标记发现低温胁迫导致甘蓝叶片内迅速出现一种分子量为 22.9KD的磷酸化蛋白质,这说明甘蓝在低温胁迫条件下的信号传导过程仍然依赖于磷酸不扮 去磷酸化过程,这种磷酸化蛋白非常有可能是该信号传递过程中的关键物质。对于可溶性蛋 白组分的分析发现,低温胁迫60min后,甘蓝叶片中出现了分子量分别为124.2KD和74.9KD 的两种蛋白质,显而易见,这两种蛋白是机体为了适应低温,而出现的低温诱导蛋白。研究 还表明,随着时间的延长,60而n时出现了特异蛋白,说明低温信号传导基本完成,在此信 号传导过程中0石omin是关键。


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