大豆和绿豆对初花期低温胁迫的响应及烯效唑调控机制研究

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houwplanling
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夏季低温冷害是黑龙江省主要灾害性天气之一,对豆类作物产量有极其严重的影响。烯效唑(S3307)作为作物生长延缓剂,在非生物逆境下施用可以提高作物的抗逆性,增加作物的产量。本文采用盆栽试验,以大豆(垦丰16和合丰50)和绿豆(绿丰5号和绿丰2号)为研究对象,利用比较生物学的原理和方法,从多方面研究不同豆科作物对初花期(R1)低温胁迫的响应共性和个性,并探究叶面喷施S3307对大豆和绿豆R1期低温胁迫的缓解机制。主要结果如下:1.随着R1期低温胁迫时间的延长,大豆和绿豆各品种株高、叶面积和干物质重逐渐降低,底荚高、茎粗逐渐增加,各指标差异显著性根据品种不同而存在差别。叶片施用S3307显著缓解了低温胁迫下各品种干物质重的降低,显著降低了株高和叶面积,促进了茎粗的增长,控制了底荚高的增加,缓解了低温胁迫对大豆和绿豆造成的伤害。2.随着R1期低温胁迫时间的延长,大豆和绿豆单株荚数、单株粒数、百粒重和单株产量均降低,绿豆降低幅度大于大豆。S3307能够显著提高单株产量,缓解低温胁迫下大豆和绿豆产量下降。3.随着R1期低温胁迫时间的延长,大豆和绿豆叶片的净光合速率(Pn)、SPAD值显著下降;碳代谢相关转化酶(AI、NI、IN)和蔗糖合成酶(SS)活性显著上升,蔗糖磷酸合成酶活性(SPS)显著降低,致使蔗糖和淀粉含量显著减少,绿豆降低幅度大于大豆。叶片施用S3307显著提升了低温胁迫下大豆和绿豆Pn,显著缓解了SPS、蔗糖和淀粉含量的下降幅度,S3307通过改善植株碳代谢活性增强了植株对低温的抵抗能力。4.随着R1期低温胁迫时间的延长,大豆和绿豆叶片丙二醛(MDA)、渗透调节物质、脱落酸(ABA)含量升高,抗氧化酶(SOD、POD、APX、GR)活性增强,吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米素(ZT)含量显著降低。S3307处理显著抑制了MDA含量的升高,显著促进了GA3含量的下降及ABA、SOD、POD、GR、APX活性的上升,显著缓解了IAA含量的降低。S3307能够改善抗氧化系统的运行,促使植株内源激素变化来调节自身平衡以应对低温胁迫。5.在R1期低温胁迫4 d时,大豆和绿豆叶片细胞叶绿体明显膨胀,内膜系统解体;线粒体和淀粉粒均发生聚集现象。施用S3307使叶片细胞损伤减小,对两种作物叶片细胞具有良好的保护功能。6.由转录组和代谢组分析结果可知,大豆低温胁迫4 d时筛选到的DEGs GO分析结果显示主要富集在对过氧化氢的响应等防御功能上,KEGG分析结果显示主要富集在MAPK信号通路-植物等防御代谢通路上,而绿豆筛选到的DEGs GO分析结果显示主要富集在叶绿体等功能上,KEGG分析结果显示主要富集在光合作用等代谢通路上,且富集的下调表达的DEGs数量较多。差异代谢物KEGG结果显示低温胁迫下大豆差异代谢物和被显著富集的代谢通路数量都多于绿豆,说明大豆自身的防御能力较强,受低温胁迫的损伤小于绿豆。7.由转录组和代谢组联合分析结果显示,在DS_vs_CK和DS_vs_D中共有DEGs与共有差异代谢物所富集的通路均包括代谢途径和次生代谢物的生物合成,推测这两个代谢通路主要是通过ZAT10、ELF3、PER12、ERF1B、WRKY33等基因表达量的增加,来提高植物体内脯氨酸、乳糖、苹果酸等代谢物的含量。在大豆以及绿豆互作网络中,分别有51个和60个参与抵抗低温胁迫的共有DEGs、转录因子及差异代谢物显著正相关,说明S3307可通过调控基因和代谢产物参与碳代谢途径,减少低温胁迫对植株造成的伤害,而且对绿豆调控效果好于大豆。
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