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5-羟色胺与褪黑素提高油菜低温耐性的效应研究

黄贺  
【摘要】:油菜是我国第一大油料作物,80%的油菜分布在长江流域稻油轮作区,随着水稻收获时期不断延后以及稻稻油三熟制的推广,长江流域油菜播种期不断推迟,低温胁迫已经成为油菜生产面临的重要影响因素。5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)与褪黑素(melatonin,Met)作为植物激素,目前已广泛用于提高植物对干旱、盐害等胁迫的抗性。本研究旨在研究低温胁迫下5-HT与Met对植物生理生化特征的影响,对提高油菜低温耐性具有非常重要的理论和实践意义,主要研究结果如下:(1)将66份油菜品种(系)分别于22℃和9℃条件下进行发芽实验,结果表明,9℃低温会降低发芽势、发芽率、发芽指数,延长平均发芽时间,不同类型的品种间耐低温程度差异明显,在本研究所选的材料中中部品种的低温耐性高于北部品种,半冬性品种的低温耐性高于春性品种、冬性品种,常规种的低温耐性高于杂交种。此外,利用隶属函数法对66份油菜品种(系)的低温耐性进行综合评价,并通过聚类分析划分为以下6个等级:Ⅰ级,极端耐低温品种;Ⅱ级,强耐低温品种;Ⅲ级,耐低温品种;Ⅳ级,中等耐低温品种;Ⅴ级,不耐低温品种;Ⅵ级,敏感品种。并筛选出极端材料H5(秦油8号×e6013)和敏感材料S10(汇丰一号);(2)以一般耐低温品种,冠油杂303为材料,分别用0、0.01、0.02、0.03、0.04 g/L的5-HT和0、0.005、0.0075、0.01、0.015、0.02 g/L的Met对其种子和幼苗进行预处理,随后进行低温胁迫处理,结果表明:5-HT和Met能够提高油菜种子在低温胁迫下的发芽势、发芽率以及发芽指数,缩短油菜种子在低温胁迫下的平均发芽时间;能够提高油菜幼苗在低温胁迫下的存活率。当5-HT的浓度为0.03 g/L,Met的浓度为0.01 g/L时,油菜种子在低温胁迫下的发芽势分别提高19.1%和20.9%,发芽率均提高10.7%,发芽指数分别提高22.2%和26.7%,平均发芽时间分别缩短1.1 d和1.2 d,油菜幼苗在低温胁迫下的存活率均提高75%;最后本研究基于发芽期和苗期的结果,确定5-HT的最适施用剂量为0.03 g/L,Met的最适施用剂量0.01 g/L;(3)对油菜幼苗外源喷施0.03 g/L的5-HT和0.01 g/L的Met,以未经激素处理的油菜幼苗作为CK,随后进行低温胁迫处理,分别对渗透调节物质(SS、SP、PRO)、膜脂过氧化产物(MDA)、抗氧化酶系(CAT、POD、SOD)以及低温胁迫相关基因(CBF、COR)进行测定分析。结果表明,在低温胁迫下,与CK相比,5-HT与Met能够显著提高渗透调节物质的含量,显著降低MDA含量,显著提高CAT、POD、SOD活性,显著提高SOD酶基因的表达以及COR6.6、COR15、CBFs的表达量。基于上述研究结果,推测外源5-HT与Met通过提高渗透调节物质(SS、SP、PRO)的含量,抗氧化酶系统(CAT、POD、SOD)的活性和转录水平,降低膜脂过氧化产物(MDA)的含量,促进CBF、COR等基因的表达,从而提高油菜对低温胁迫的耐性。


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