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低温作为重要的非生物胁迫,限制了植物的生长发育,地理分布和作物生产力,特别是在高海拔地区,据估计,由于冷胁迫(0-12℃)而造成的作物损失高达数百十亿美元。因此,通过不同技术提高植物耐寒性的方法引起了全世界的关注。研究植物低温适应机理,提高其低温适应能力不仅有十分重要的科学理论意义,而且有着更为重要的应用价值。尤其是提高低温敏感的牧草及作物的耐低温能力已成为目前亟待解决的问题。西藏垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)具有丰富的营养价值和良好的适口性,具有其茎叶茂盛、根系发达、适应性好、抗逆性强等优点,已被广泛用于建植人工草场及青藏高原地区的植被恢复。近年来许多研究发现,使用植物生长调节剂能够改善植物的各种生物与非生物抗性。小分子物质油菜素内酯(Brassinolides,BRs)和脯氨酸(Proline,Pro)不仅能够调节植物的生长发育,还能够提高植物对低温等多种胁迫抗性。然而,目前BRs和Pro调控垂穗披碱草的低温适应机理尚不明晰。本研究以西藏野生垂穗披碱草为研究对象,采用叶片面喷施外源BRs和Pro的方法,在幼苗生长、生理水平上系统地探究BRs和Pro调控西藏野生垂穗披碱草低温适应的机制,旨在为BRs和Pro调控植物的低温适应性应答提供新理论,并进一步为禾本科牧草抗寒性奠定基础。主要结果和结论如下:(1)低温胁迫显著影响垂穗披碱草幼苗生长及生理特性,外源喷施不同浓度(0,0.001,0.01,0.1,1μmol·L-1)EBR不仅可以提高垂穗披碱草幼苗的鲜重,而且能够降低叶片中的相对电导率,其中以1mmol·L-1EBR处理,抗寒效果最佳。因此,外源EBR能够提高活性氧清除能力,从而增强垂穗披碱草的抗寒性。(2)低温胁迫下,喷施EBR能够提高抗氧化酶APX,GR,CAT和POD活性以及非酶抗氧化剂抗坏血酸(As A)和谷胱甘肽(GSH)含量,上调了En APX和En GST4基因的表达水平;降低了丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子自由基(O2·-)的积累。(3)喷施EBR能够促进低温胁迫下垂穗披碱草叶片脯氨酸含量大量积累,生物合成酶P5CR和P5CS的活性增加以及P5CS和P5CR基因的表达量。(4)在低温胁迫(4℃)下,喷施10 m M脯氨酸能提高垂穗披碱草幼苗的根长、地上和地下鲜重、地上和地下干重,与单一低温胁迫相比分别增加27.11%,48.80%,48.83%,51.74%和38.87%;低温胁迫下脯氨酸处理导致游离Pro和可溶性糖的含量较单独低温处理相比分别增加42.96%和22.98%(P<0.05);而且脯氨酸处理提高了(P<0.05)APX、CAT、Ch ICu/Zn SOD、Cyt Cu/Zn SOD基因的表达水平和POD、CAT、SOD、APX活性(P<0.05);同时低温胁迫下脯氨酸处理导致垂穗披碱草叶片中MDA含量和相对电导率水平较单一低温胁迫出理分别下降47.84%和20.87%(P<0.05)。综上所述,EBR和Pro能够维持低温胁迫下垂穗披碱草幼苗的活性氧平衡,增强其渗透调节能力,减轻细胞膜的氧化损伤,缓解其生长抑制,从而提高垂穗披碱草幼苗的抗寒性。