低温胁迫下白菜型冬油菜差异蛋白质组学及光合特性分析

分离鉴定白菜型冬油菜低温差异表达蛋白质, 从蛋白质组角度揭示白菜型冬油菜抗寒机理奠定基础。以强抗寒白菜型冬油菜陇油7号为材料, 采用双向电泳和质谱分析技术, 比较低温(4°C、–4°C)和常温(25°C/20°C)下叶片蛋白质组差异;对差异蛋白进行KO和KEGG功能分析。结果表明,低温下陇油7号生长点下陷、植株匍匐, 气孔处于关闭或半关闭状态。2-DE和PDQuest8.0.1软件分析表明, 常温和4°C低温下叶片蛋白质斑点数分别726、738;相对于常温处理, 4°C低温下陇油7号叶片10个蛋白点特异表达、5个蛋白点未表达;MALDI-TOF-TOF MS质谱分析鉴定出11个蛋白质, 参与碳水化合物代谢、糖代谢、氨基酸代谢、有机酸代谢、核酸代谢、信号转导与细胞通讯等细胞过程。冰晶形态显微观察结果表明低温处理后陇油7号叶片蛋白质提取液中含有高活性抗冻蛋白(antifreeze proteins, AFPs)。鉴定的11个蛋白质中, 有5个蛋白质点与光合作用有关, 低温下陇油7号叶片1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)活性和净光合速率Pn下降。叶片Pn下降与RuBPCase表达抑制和活性降低有关, 非气孔限制是Pn下降的主要因素;高活性抗冻蛋白在白菜型冬油菜抗寒中发挥重要作用。     

白菜型冬油菜根颈直径与抗寒生理指标的相关性研究

为了解油菜根颈直径与抗寒相关性状间的相关性,本试验以4个白菜型冬油菜作为试验材料,对越冬后的白菜型冬油菜进行根颈直径、越冬率、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、可溶性蛋白含量等的测定。结果表明,根颈直径与越冬率、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、可溶性蛋白含量达到显著和极显著正相关,并且陇油7号×天油2号的根颈直径、越冬率、过氧化氢酶活性和可溶性蛋白含量均高于天油2号×陇油7号,说明母本抗寒性的强弱对杂交后代的抗寒性起着决定性的作用;根颈直径与油菜抗寒性间是密切相关的,即抗寒性越强的油菜品种,其根颈直径越大,且可将根颈直径作为鉴定白菜型冬油菜抗寒性强弱的形态指标。     

白菜型冬油菜反复低温与恢复过程中叶片的差异蛋白分析

为了从蛋白质分子生物学方面研究白菜型冬油菜不同抗寒品种低温逆境及恢复条件下相关蛋白的响应机制,揭示大田生产中冬油菜抵御突发骤变低温伤害的抗寒机理,以超强抗寒冬油菜品种陇油7号和弱抗寒品种天油2号为材料,在培养箱培养至幼苗五叶期时,模拟北方寒旱区冬油菜返青期倒春寒环境,运用双向电泳结合质谱技术,分析其幼苗在低温(4℃)-恢复(20℃)-低温(4℃)-恢复(20℃)过程中存在的蛋白及其差异表达量。研究表明低温胁迫与恢复过程中,有2个蛋白点发生了显著差异的丰度变化,它们分别是半胱氨酸型氧化还蛋白过氧化物酶(定义为1号蛋白)和一种未知蛋白(2号蛋白)。且不同抗寒性品种存在2种不同蛋白的差异表达机制,1号蛋白在抗寒性较弱的天油2号低温胁迫恢复过程中表现出上调-下调-上调的变化趋势,抗寒性较强的陇油7号中此蛋白在第一次低温胁迫后消失,而出现了另外一种未知蛋白(蛋白2),且在低温胁迫恢复过程中也表现出上调-下调-上调的变化趋势,并且表达量高于天油2号中的蛋白1,因此,这种未知蛋白2可能是陇油7号抗寒性强于天油2号的原因之一。     

白菜型冬油菜抗寒性与生理生化特性关系

为了了解渗透物质与油菜抗寒能力的关系,本研究以2个白菜型冬油菜陇油6号和天油4号为试验材料,通过冷冻处理,对油菜根部相对电导率和叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、可溶性蛋白、丙二醛(MDA)等一系列生理生化指标进行了检测。结果表明,陇油6号(DQW-1)的抗寒能力强于天油4号,陇油6号和天油4号的SOD和CAT活性、可溶性蛋白含量、MDA含量随着温度的降低均呈现出先上升后下降的变化规律。低温下耐寒性强的陇油6号能保持较高的SOD酶活性、CAT酶活性、可溶性蛋白和较低的MDA含量。因此,SOD和CAT活性、可溶性蛋白和MDA含量在一定程度上能反映白菜型冬油菜的抗寒性。     

不同生态区冬前低温下白菜型冬油菜不同抗寒品种(系)的比较

以白菜型冬油菜不同抗寒品种(系)为材料, 分别在原种植区(甘肃天水)及北移区(甘肃临洮、兰州和永登)设置田间试验, 采用田间记载、光合参数测定和显微观察结合的方法, 调查参试品种(系)在4个生态区的苗期形态、光合参数及气孔形态。结果表明, 与原种植区(天水)相比, 冬油菜北移后苗期生长习性由半直立逐渐变为匍匐生长;冬前低温阶段叶片G_s、C_i明显下降, T_r明显上升, 弱抗寒的天油品种冬前低温下叶片气孔处于关闭或半关闭状态、P_n下降, 而强抗寒的陇油品种叶片气孔仍完全开放、P_n明显升高;北移区冬油菜日出叶数减少, 根长、根直径增加。冬油菜北移后, 苗期匍匐生长, 强抗寒品种叶片光合作用增强, 弱抗寒品种减弱, 有机物被优先分配到根部。     

北方白菜型冬油菜的膜脂脂肪酸组分和ATPase活性对温度的响应

为了解北方白菜型冬油菜膜脂脂肪酸和ATPase活性与抗寒性的关系,以抗寒性强的冬油菜品种陇油7号和抗寒性弱的品种天油2号为材料,研究了不同温度处理(25°C、10°C、2°C、–5°C)后叶片和根系膜脂脂肪酸组分和ATPase酶活性的变化。结果表明,低温胁迫下2个冬油菜品种叶片和根系膜脂脂肪酸组分相同,叶片中不饱和脂肪酸以亚麻酸为主,根系不饱和脂肪酸以亚油酸为主。随处理温度的降低,2个冬油菜品种叶片不饱和脂肪酸含量呈先降低(10°C,2°C)后增加(–5°C)的趋势;陇油7号根中不饱和脂肪酸含量逐步增加,天油2号则逐步降低;在低温条件下(2°C,–5°C),陇油7号膜脂U/S比值、IUFA值高于天油2号;ATPase活性表现为陇油7号逐渐高于天油2号。说明2个冬油菜品种的膜脂在低温响应上存在一定差异,低温下不饱和脂肪酸含量和ATPase活性的提高是强抗寒冬油菜品种在北方旱寒区严酷环境条件下能安全越冬的重要原因。     

白菜型与甘蓝型冬油菜抗寒机理差异的研究

为探究白菜型与甘蓝型冬油菜抗寒机理差异的原因。以8个抗寒性不同的冬油菜品种为材料,采用大田试验和盆栽试验相结合的方法,待油菜长至5~6片真叶时,大田试验进行植物学形态,干物质积累量的测定,盆栽试验按24℃→10℃→5℃→0℃→-5℃→-10℃各48 h依次降温处理后测定生理生化指标。结果表明,白菜型冬油菜冬前生长点洼陷,幼苗匍匐生长,干物质积累主要集中在地下部分,其中白菜型冬油菜地下部鲜质量与地下部干质量较甘蓝型冬油菜平均增加了236.1%,263.0%,说明抗寒性强的冬油菜能够在营养生长阶段将光合有机产物优先运输到地下部,建立庞大的根系,为安全越冬提供代谢能量。随着温度的变化,不同类型冬油菜的生理生化活性有较大的差异,-5℃时陇油7号SOD活性较CK增加了10.7%,0℃时陇油7号CAT、POD活性较CK分别增加了24.7%,28.6%,而0℃时白菜型冬油菜SP含量较甘蓝型冬油菜平均增加了32.3%,-10℃时白菜型冬油菜的SS含量较甘蓝型冬油菜平均增加了71.4%,-10℃甘蓝型冬油菜MDA含量较白菜型冬油菜平均增加了52.8%,这说明抗寒性强的品种在低温条件下能够保护自身免受损伤,其中CAT、POD、SP是抵抗冷害的保护性物质,SOD、SS是抵御冻害的保护性物质。白菜型冬油菜比甘蓝型冬油菜在形态学及生理水平上都具有明显的优势,形态学上的优势使其有利于抵御极端低温天气,提供维持越冬及冬后返青所需的代谢能量;生理水平上,低温胁迫后保护性酶活性、调节性物质含量增加,能够有效地保护细胞膜结构,MDA含量减少,可以缓解低温对冬油菜叶片的伤害,从而保证高越冬率,为北方白菜型与甘蓝型冬油菜抗寒性研究提供理论依据。     

白菜型冬油菜根系形态与抗寒性的相关分析

以10个抗寒性不同的白菜型冬油菜品种/系为试材,采用根系扫描等方法,分析不同低温胁迫(4℃,-4℃和-8℃)对白菜型冬油菜根系形态的影响,并探讨这些根系形态参数与其抗寒性(越冬率)间的关系。结果表明,随着温度降低,白菜型冬油菜品种(系)的根系表面积(root surface area, RSA)、根投影面积(root projection area, RPA)及根长(root longer, RL)均显著降低,且弱抗寒品种(系)的这3个根系形态参数下降幅度更大。白菜型冬油菜品种/系的抗寒性与RSA、RPA均显著正相关(P0.01或P0.05),而与RL关系不密切(P0.05)。本研究通过构建了白菜型冬油菜抗寒性与根系形态参数间的多元线性回归方程为Y=-30.828-12.500C_1+43.020C_2+97.576C_3(R=0.908**, F=9.423**)(Y:抗寒性; C_1:RSA; C_2:RPA; C_3:RL)。依据品种的抗寒性,可将10份白菜型冬油菜品种/系聚类为三类,分别为超强抗寒品种(系)、抗寒品种(系)及弱抗寒品种(系)。本研究结果为白菜型冬油菜抗寒鉴定和种质资源筛选提供理论参考。     

白菜型冬油菜抗寒性研究进展

抗寒性强是白菜型冬油菜能够在-32℃极端低温下安全越冬的一个关键因素。由于北方寒旱区冬寒春旱,积温不够,一般农作物只能一年一熟,土地利用率低。此外,北方地区冬末春初的沙尘暴和扬沙天气使得地区生态环境极其脆弱。因此,白菜型冬油菜抗寒品种的成功选育及推广对提高北方地区生态效益和经济效益具有十分重要的意义。文章综述了白菜型冬油菜抗寒性的最新研究进展,主要包括抗寒性机制研究、提高抗寒性方法及抗寒性育种等情况,以期为从事冬油菜育种工作者提供借鉴。     

白菜型冬油菜叶片质外体蛋白提取及响应低温胁迫的蛋白表达分析

为了研究质外体蛋白在低温胁迫下白菜型冬油菜抗寒的作用机理,以陇油7号五叶期叶片为试材,采用2种不同提取液(提取液A:0.1 mol/L p H值=7.6 Tris-HCl、0.2 mol/L KCl、1 mmol/L PMSF,提取液B:0.05 mol/L p H值=7.6 Tris-HCl、0.01 mol/L EDTA-Na2、0.02 mol/L Vc、1 mmol/L PMSF)进行质外体蛋白提取效果比较。结果表明:提取液A的蛋白提取率达到了(0.073±0.004 6)mg/g,比提取液B提高了42.88%;经六磷酸葡萄糖脱氢酶(G6PDH)活性检测,提取液A提取的蛋白质污染率较提取液B低0.91%;双向电泳第一向等电聚焦IEF中,提取液A提取的蛋白质不仅除盐时间较提取液B短4.5 h,且获得的凝胶图谱清晰;通过丰度计算,得到陇油7号低温胁迫(4℃,48 h)后具有显著差异的蛋白点339个,其中表达量变化在2倍以上的蛋白点为46个,包括上调表达蛋白点18个,下调表达蛋白点21个,特异性表达蛋白点7个,推测这些差异蛋白点可能与低温胁迫有关。对特异表达的7个蛋白点进行质谱分析鉴定,得到与低温胁迫相关的蛋白,为白菜型冬油菜超强抗寒品种陇油7号抗寒相关分子机理的研究奠定了基础理论。     

北方寒旱区白菜型冬油菜安全越冬的临界指标分析

利用2011-2014年北方13个省、市、区48个不同生态点试验的数据,分析不同品种在不同生态点的越冬率、产量变化,越冬率与产量的相关性,旨在研究白菜型冬油菜在北方不同生态区的越冬安全性,确定北方冬油菜通用的安全越冬的越冬率临界值,明确影响北方冬油菜越冬率的主要因子。结果表明,不同白菜型冬油菜品种在北方不同生态地区越冬率差异较大,产量也差异较大,越冬率变幅为10%~99%,强抗寒品种越冬率>70%。回归分析表明,越冬率与产量存在明显的线性正相关,回归方程符合y=ax+b, 当越冬率<70%时,产量随越冬率的增加而增加,当越冬率为70%时单位面积产量基本趋于稳定, 越冬率大于70%时,越冬率对产量的影响不明显。协方差分析表明,与冬油菜越冬率相关性最为密切的因子是品种,其次是极端最低气温、冬季气温、年均气温、≤0℃的冬季负积温、纬度、经度等。因此,70%的越冬率可作为北方地区冬油菜通用安全越冬的越冬率临界值,采用强抗寒品种,极端最低气温–31.79℃、冬季气温–7.20℃、年均气温6.38℃、负积温–997.57℃,纬度低于44.83°,经度高于80.34°是保证冬油菜安全越冬的必要条件。     

北方旱寒区北移冬油菜生长发育特性

采用多点试验,对冬油菜在原种植区(天水)与北移种植区(张掖等)的主要气候因子、越冬率、生育时期及经济性状进行分析比较。研究结果表明,冬油菜北移后越冬率由原种植区的93.0%~100.0%降为40.0%~95.0%;生育期由280~284 d延至287~289 d,其冬前与冬后生长期缩短,而越冬期延长1倍左右,即140 d左右,整个生长期呈"短-长-短"的特点,即营养生长有效期缩短及营养生长至生殖生长的过渡期均缩短;株高与分枝部位降低,分枝数减少,单株角果数减少,但千粒重、角粒数等相对增加。冬油菜北移后产量发生了较大变化,抗寒性弱的早熟品种天油8号由原种植区的2 518.8 kg hm-2降为1 666.5 kg hm-2,减产34.0%,而抗寒性强的晚熟品种陇油6号等由原种植区的741 kg hm-2增加到3 333 kg hm-2,增幅349.5%。由于生长在相对恶劣的气候生态条件下,越冬期漫长而极端低温低,北移冬油菜栽培品种必须具备优异的抗寒性,同时采用合理播期和密度,保证冬前营养生长期和营养生长量,以确保安全越冬。     

Effects of Verticillum Wilt on Leaf Microstructure,Photosynthesis of Cotton

[Objective] The purpose of this study was to determine the change of microstructure and photosynthetic characteristics in cotton leaves under different disease index levels (b0～b4)．[Method] Through investigation and sampling in cotton fields, five treatments were designed based on disease index levels of cotton leaf, and the leaf photosynthesis was tested by WFS-3000 and microstructure was observed with Microscope ECLIPSE Ni-E. [Result] With the increase in disease index levels, cotton leaf gradually lost green color, serious necrosis area occurred, with the leaf withered up till dried to death. The stomata of disease leaf incurred abnormally, increasing intercellular space in mesophyll tissue. Total thickness, upper and lower epidermis thickness, palisade tissue thickness and spongy tissue thickness all decreased significantly among all treatments; the trend showed as followed: total thickness was b0>b1>b2>b3>b4, upper epidermis thickness was b0>b1>b2>b3, lower epidermis thickness, palisade and spongy tissue thickness were consistent as b0>b1>b2. As a whole leaf of total thickness, upper, lower epidermis thickness, palisade and spongy tissue thickness were very significantly negatively correlated with leaf disease index levels, The correlation coefficient reached -0.6. The net photosynthesis rate, transpiration rate, stomata conductance gradually decreased and reached significant different with b0, leaf temperature increased, internal CO₂ first went up then down but no significant difference with b0. [Conclusion] The results indicated that Verticillum wilt damaged leaf microstructure and impaired photosynthesis of cotton leaf.     

冬小麦主茎旗叶光合性状的相关性

1979～1981年研究了田间生长条件下的冬小麦主茎旗叶的光合强度(Pa)、比叶重(SLW)、叶氮量(N/LA)、叶肉厚度(MT)、气孔密度(SF)和维管束密度(VBF)。研究表明:(1)旗叶 Pa 高峰出现在开花期。所有品种花后 Pa 季节性变化可分为三种类型:渐降型、中段稳定型和剧降型。SLW 和 N/LA 季节性变化的趋势是相似的。(2)除 VBF 外,Pa、SL     

甘蓝型油菜在不同生态区的净光合速率随外界条件变化的比较

为研究冬油菜区和春油菜区2地甘蓝型油菜的光合作用差异,以甘蓝型油菜杂交种‘秦杂油3号’为材料,比较了不同光强、CO₂浓度和温度条件下2个生态区净光合速率的差别。结果显示：不同生态区甘蓝型油菜净光合速率随光强、CO₂浓度和温度变化规律基本相同;春油菜区叶片的光饱和点和光量子效率高于冬油菜区,而光补偿点、光呼吸速率和饱和光强下净光合速率比冬油菜区低;春油菜区叶片的羧化效率比冬油菜区高,而CO₂饱和点和饱和CO₂浓度下净光合速率则比冬油菜区低,两者的CO₂补偿点无显著差异;春油菜区进行光合反应的适合温度范围比冬油菜区宽,在最佳温度下春油菜区的净光合速率低于冬油菜区。结果表明春油菜区叶片的光合能力要强于冬油菜区,对环境的适应性较强。