[00121818]西北寒旱区超强抗寒冬油菜陇油7号抗寒机理研究

1.课题的来源与背景 本项目是国家自然科学基金项目于2016年8月17日下达的地区科学基金项目“西北寒旱区超强抗寒冬油菜陇油7号抗寒机理研究”;编号：31660401;起止年限：2017年1月至2020年12月。由依托单位河西学院承担完成。白菜型冬油菜是我国西北寒旱区重要的油料作物,以陇油7号为材料研究其抗寒机理,发现陇油7号地上部和根部对低温响应表现出特异的应答机制。 2 研究的目的意义 以陇油7号为材料（天油4号为对照）,通过降温和模拟低温处理,揭示陇油7号抗寒生理基础和结构基础,抗寒激素调控机制,抗寒分子基础。该研究对于揭示陇油7号的抗寒机制、挖掘抗寒相关新蛋白,具有重要的理论和实践意义,为今后我国西北寒旱区抗寒性油菜种质资源创新及冬油菜新品种选育提供理论依据。 3 主要论点与论据 3.1 白菜型冬油菜叶片响应低温的蛋白质组学分析 在陇油7号叶片中辨认了51个差异积累蛋白 DAPs被归类为38个GO（Gene ontology）条目,例如代谢过程、细胞过程、催化酶活性以及连接。KEGG分析表明,这些DAPs参与10个代谢途径。 3.2 自然低温下白菜型冬油菜内源激素和总多酚含量的变化 相关性分析结果表明,越冬率与冬油菜叶片中 IAA 和 ZR 含量以（IAA+ZR+GA3）/ABA的值呈负相关,而与其根中ABA和总多酚含量呈正相 关。 3.3 自然低温下白菜型冬油菜幼苗物质转运和光合荧光动力学特性分析 白菜型冬油菜抗寒性与冬前低温 下叶片光合特性以及干物质积累有关,弱的光合作用可减弱白菜型冬油菜地上部生长和根系物质消耗,有利于白 菜型冬油菜根部干物质积累,以增强其抗寒性。 3.4 白菜型冬油菜不同生长期土壤氮素组分含量的变化 土壤全氮、铵态氮、非酸解氮含量在白菜型冬油菜不同生长期呈”升-降“趋势;硝态氮和氨基酸态氮含量呈”降-升“趋势;碱解氮和氨基糖态氮含量呈”降-升降“趋势;矿化氮、酸解氮和未知态氮含量呈”升-降-升“趋势。 3.5 白菜型冬油菜返青后生长特性的比较 相关分析表明陇油7号的主花序产量与主花序千粒重呈极显著的正相关,与主花序有效角果数呈显著的正相关,陇油8号和天油4号的主花序产量与经济性状无显著相关。陇油7号的主花序产量最高。 3.6 白菜型冬油菜PsbR基因的克隆及低温下表达分析 从陇油7号叶片中克隆到PsbR基因（GenBank登录号为KC894423）全长。序列分析结果显示,该基因全长为570 bp,编码包含417 bp的一个完整开放阅读框ORF,其编码138个氨基酸,蛋白分子量约为14.39 kD,等电点为9.42,该蛋白属于PsbR超家族。随着胁迫温度降低,PsbR相对表达量下降,而Pn和Fv/Fm也随自然温度降低而下降。 3.7 白菜型冬油菜叶片结构和光合特性对冬前低温的响应 弊菜型冬油菜在冬前低温条件下的叶片气孔密度越大、气孔面积越大、气孔周长越长、叶片及栅栏组织和海绵组织越厚,光合能力越强,地上部生长越旺盛,品种抗寒性越差。 3.8 白菜型冬油菜光合日变化特性研究 主成分分析表明白菜型冬油菜光合特性强弱为：宁油4号＞天油4号＞陇油8号＞天油7号＞陇油6号＞陇油9号＞陇油7号。冬前低温（-1℃）下白菜型冬油菜幼苗净光合速率（Pn）呈“单峰型”曲线,羧化效率（CE）极显著影响其净光合速率的大小,超强抗寒品种的光合速率小于弱抗寒品种。 4.创见与创新 4.1 在陇油7号中鉴定出51个差异富集蛋白（DAPs）,这些DAPs主要参与核糖体、碳代谢、光合作用以及能量代谢等10个代谢途径。进一步分析发现陇油7号通过减弱TCA循环、PPP途径和核糖体合成,降低乙醛酸盐和二羧酸盐的能量代谢,抑制光合作用来适应低温逆境。 4.2 陇油7号越冬率与其叶中IAA和ZR含量以（IAA+ZR+GA3）/ABA值呈负相关,而与其根中ABA和总多酚含量呈正相关。陇油7号根具有较强的抗氧化酶活性、积累较多可溶性蛋白和可溶性糖,使其具有较强的低温耐受性。 4.3 冬前低温下陇油7号叶片光系统发生光抑制,表现为PSII受体库的大小（Area）、光合性能指数（PI）、最大荧光（Fm）和PSⅡ的最大光化学效率（Fv/Fm）下降,初始荧光（Fo）上升。因此,低温条件下,陇油7号光抑制程度强,光合能力弱,有利于提早进入枯叶期,以避免整个植株细胞受到冻害和根部营养物质过多消耗。 4.4 低温下,陇油7号叶片气孔密度、气孔面积、气孔周长、栅栏组织和海绵组织厚度均变小,细胞间隙变大,叶片变薄;Pn日变化呈“单峰”型曲线,无光合“午休“现象;叶片Pn、Gs、Tr和CE均降低,而Ci升高,Pn降低是由非气孔限制引起。因此,在冬前低温条件下的叶片气孔密度越大、气孔面积越大、气孔周长越长、叶片及栅栏组织和海绵组织越厚,光合能力越强,地上部生长越旺盛,冬油菜品种抗寒性越差。 4.5 从陇油7号叶中克隆到PsbR基因（GenBank登录号为KC894423）全长。该基因编码138个氨基酸,该蛋白属于PsbR超家族。低温胁迫抑制了冬油菜叶片PsbR基因表达,结合低温胁迫后陇油7号叶片Pn和Fv/Fm的降低。 5 存在的问题 大田根际浇灌植物生长调节剂对冬油菜抗寒性的影响的试验中,环境低温很难控制在恒定试验条件。