烯效唑缓解绿豆R1期冷害对碳代谢损伤效应的研究

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:alexzhujun
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绿豆起源于热带地区,属于好光喜温作物,对冷害胁迫比较敏感,当环境温度低于15℃就会对绿豆生殖生长造成胁迫。烯效唑(S3307)属于作物生长延缓剂,在作物适应或抵抗非生物胁迫中起着不可替代的作用。为了明确绿豆遭受R1期冷害的应激机制以及外源施用S3307对绿豆生长发育进行的调控机制,本研究于2017年在黑龙江省农业科学院盆栽场及其温室进行试验,以两个不同基因型绿豆品种(绿丰2号和绿丰5号)为供试品种,通过盆栽试验研究了R1期冷害对绿豆生长发育的影响以及S3307的调控效应。主要结果和结论如下:1、绿豆遭遇R1期冷害胁迫减少了单株荚数、单株粒数和产量,随处理时间的延长,其下降幅度逐渐增加,其中,绿丰2号和绿丰5号的减产幅度依次为9.04%44.85%和9.17%36.30%;外源施用S3307可以有效地缓解绿豆产量的降低,其中,冷害胁迫4 d时S3307处理可以使绿丰2号产量止损24.86%,使绿丰5号产量止损17.42%;2、以绿丰2号为供试品种,对处理1 d和4 d的功能叶片进行转录组分析,共得到了19.62 Mb数据。冷害胁迫1 d诱导了2023个基因上调表达、2 002个基因下调表达;冷害胁迫4 d诱导2 199个基因上调表达、1 824个基因下调表达。外源施用烯效唑后,冷害胁迫1 d和4 d时依次诱导了4 905个和3 266个差异表达基因(DEGs)。GO分析结果显示这些DEGs主要涉及了类囊体、光系统II(PSII)、光合膜结构、碳水化合物代谢等过程。KEGG分析发现,随着R1期冷害胁迫时间的延长,绿豆叶片的光合作用和碳水化合物代谢过程受损程度增加,涉及的DEGs数量增多,但总体代谢通路中的DEGs数量较R1期冷害胁迫初期明显减少;同一测定时间内,外源施用S3307可以促进上述代谢通路中的DEGs数量增加。随机选取9个DEGs进行实时荧光定量PCR验证,结果与RNA-seq数据基本一致(R2=0.9119),证明转录组数据的可靠性。3、随着R1期冷害处理时间的延长,叶片内的光合色素含量逐渐降低,导致叶片净光合速率显著下降,R1期冷害胁迫导致绿丰2号和绿丰5号全天日光合积累量和最大净光合速率分别减少了40.87%、33.47%、59.88%和40.87%;叶片淀粉和蔗糖含量逐渐减少,总转化酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性逐渐降低,总淀粉酶和蔗糖合成酶活性逐渐升高;冷害胁迫下,外源施用S3307促进谷氨酰tRNA还原酶、Mg螯合酶等叶绿素合成关键酶基因表达量上调,有效地缓解R1期冷害胁迫对叶片光合色素的降解,显著增加了PsbO、PsbQ、PsbP、PetH等22个光合代谢关键酶基因的表达量,保证了光合源具有较强的光合能力;4、R1期冷害胁迫导致叶片内光系统II(PSII)的反应中心活性和PSII复合物单元间能量传递受到抑制,降低了PSII最大电子传递效率,致使PSII发生光抑制。外源施用S3307可以有效地改善PSII反应中心的活性,促进光合电子的传递和PSII复合物间能量的传递,避免PSII发生严重的光抑制;5、R1期冷害胁迫导致绿豆叶片内活性氧类物质(ROS)的快速积累,发生氧化应激,致使丙二醛含量和电解质渗透率随胁迫时间延长而显著增加,外源施用S3307可以增加叶片内非酶抗氧化剂和渗透调节物质含量,促进超氧化物歧化酶和过氧化物酶相关基因表达量的上调,提高抗氧化酶活性,进而有效地减少了叶片ROS的积累,维持ROS代谢平衡,缓解R1期冷害对绿豆叶片造成的氧化损伤。
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