AM1處理提高油菜抗旱性的機(jī)理研究.pdf

1、干旱是影響作物生長與產(chǎn)量的重要限制因子。近年來，旱害在我國長江流域的發(fā)生頻率日益提高。作為長江流域主要冬季作物,油菜經(jīng)常受到秋、冬旱的危害，造成出苗不齊等，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。因此有必要研究油菜在干旱脅迫下的生理生化響應(yīng)機(jī)制，以提高油菜干旱適應(yīng)性，增加產(chǎn)量。近年來人們對逆境激素脫落酸(abscisic acid, ABA)響應(yīng)干旱等非生物脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及外施ABA提高作物抗逆性等方面做了大量的研究，并且取得了許多成果。然而，由于ABA化學(xué)性質(zhì)不

2、穩(wěn)定、極易被酶分解等本身所具有的局限性嚴(yán)重限制了其在農(nóng)業(yè)方面的實(shí)際應(yīng)用。此時(shí)，新型ABA類似物AM1的產(chǎn)生恰巧彌補(bǔ)了ABA的缺陷，其具有結(jié)構(gòu)簡單、生理活性高和氨基酸序列保守等特性。但是AM1的實(shí)際抗旱效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，且ABA提高作物抗旱性的作用機(jī)理仍需進(jìn)一步探究。鑒于以上考慮，本文通過盆栽控水試驗(yàn)，選用抗旱性差異大的秦油8號(hào)（敏感型）和Q2（抗旱型）兩個(gè)甘藍(lán)型油菜(Brassica napus L.)品種，研究其對干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)

3、理以及外源ABA或AM1提高油菜抗旱性的作用機(jī)制，旨在為提高油菜抗旱能力和AM1的實(shí)際推廣應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。本論文通過采用傳統(tǒng)的形態(tài)指標(biāo)測定、生理生化以及轉(zhuǎn)錄組測序等手段，從植物生理學(xué)、生物化學(xué)和分子生物學(xué)等多學(xué)科交叉系統(tǒng)研究了油菜對干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)理以及AM1緩解油菜旱害的作用效果和機(jī)制。主要結(jié)論如下：
　　1.干旱脅迫降低了油菜的生長和組織含水量，外源ABA或AM1減緩了其降低的趨勢。本試驗(yàn)通過測定一些農(nóng)藝性狀

4、等參數(shù)，結(jié)果表明：干旱脅迫顯著降低了兩油菜的相對增長率、葉面積、干物質(zhì)積累及葉片相對含水量、根含水量等參數(shù)，其降低率分別為：秦油8號(hào)&Q2：77.42&54.55％，54.64&24.75%，70.75&48.88%，11.36&6.35%和8.18&4.92%，可見秦油8號(hào)的降低幅度較Q2要大；除了對根的含水量無顯著作用，外源ABA或AM1處理均減緩了對應(yīng)指標(biāo)的降低幅度，提高了兩個(gè)油菜品種的根冠比。
　　2.干旱脅迫破壞了油菜光

5、合系統(tǒng)，外源ABA或AM1減緩了干旱脅迫對其的危害。通過測定氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、葉綠素含量以及對葉綠體超微結(jié)構(gòu)的電子顯微鏡透射觀察表明：干旱脅迫顯著降低了油菜凈光合作用速率（Pn）、蒸騰速率（E）和氣孔導(dǎo)度（gs），降低率分別為：44.42&23.15%，49.71&28.37%和66.64&47.16%，卻增加了水分利用效率(WUE)：50.15&28.60%，秦油8號(hào)的降低幅度明顯大于Q2；同樣干旱脅迫降低了Fv/Fm（P

6、SⅡ最大光能轉(zhuǎn)換效率）,ΦPSII（PSⅡ?qū)嶋H光能轉(zhuǎn)換效率）, qL（光化學(xué)淬滅）和ETR（電子傳遞效率），卻增大了NPQ(非光化學(xué)淬滅系數(shù))，其變化率分別為：24.65&12.83%，18.62&8.52%，33.28&7.23%，10.55&3.27%和11.03&16.78%。葉綠體透射電鏡圖像顯示，干旱脅迫對兩油菜葉綠體造成不同程度地破壞，尤其秦油8號(hào)破壞作用更明顯，具體來講，葉綠體內(nèi)部結(jié)構(gòu)模糊，基質(zhì)、基粒類囊體數(shù)目減少，淀粉粒

7、被分解成多個(gè)，質(zhì)體小球數(shù)量小而多等；葉綠素也遭到不同程度地降解，秦油8號(hào)的降低幅度大于Q2；而ABA或AM1處理下，凈光合作用速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度進(jìn)一步降低，而水分利用效率卻進(jìn)一步增加；Fv/Fm和ΦPSII的降低幅度得到明顯緩和；外源ABA或 AM1保護(hù)了干旱脅迫下葉綠體的超微結(jié)構(gòu)。
　　3.干旱脅迫誘導(dǎo)了油菜機(jī)體內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)，外源ABA或AM1處理改變了反應(yīng)速度或進(jìn)程。干旱脅迫導(dǎo)致了油菜膜脂質(zhì)過氧化，具體表現(xiàn)為：M

8、DA含量增加，活性氧成分（O2.-、H2O2）含量增加，干旱敏感品種秦油8號(hào)的葉片三者的增加幅度更大。與此同時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)啟動(dòng)自身的抗氧化系統(tǒng)（抗氧化酶：SOD、POD和CAT以及抗氧化物質(zhì)：ASA和GSH），來減少因干旱產(chǎn)生的活性氧帶來的危害，具體表現(xiàn)為：SOD、POD和 CAT活性增強(qiáng)，ASA和GSH的含量增加。外源ABA或AM1促進(jìn)了其抗氧化系統(tǒng)的作用，降低了ROS和MDA的含量，減輕了因干旱產(chǎn)生的ROS對油菜的傷害。另外，干旱脅

9、迫改變了油菜內(nèi)源激素的含量：干旱脅迫增加了ABA、JA和SA的含量，卻降低了IAA的含量，說明干旱脅迫促使油菜激素水平朝向減緩植株生長、促進(jìn)氣孔關(guān)閉的方向進(jìn)行；外源噴施ABA進(jìn)一步促進(jìn)ABA、JA和SA的生成，降低IAA的含量；然而外源AM1處理雖然促進(jìn)了JA和SA的生成、減少了 IAA的產(chǎn)生，卻沒有促進(jìn)內(nèi)源 ABA的生成。另外，干旱脅迫顯著上調(diào)表達(dá)了 BnNCED3（編碼控制內(nèi)源ABA生物合成關(guān)鍵酶的基因）、BnRAB18（ABA響應(yīng)

10、干旱信號(hào)反應(yīng)途徑關(guān)鍵基因）和BnPYL5（編碼ABA下游受體蛋白基因），干旱脅迫下外源ABA處理進(jìn)一步促進(jìn)三者的上調(diào)表達(dá)，然而外源 AM1處理只上調(diào)表達(dá)了 BnRAB18和 BnPYL5，卻下調(diào)表達(dá)了BnNCED3，解釋了上述內(nèi)源 ABA含量的變化趨勢。最后，干旱脅迫還誘導(dǎo)了葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（脯氨酸和可溶性糖）的生成，外源ABA或AM1提高了干旱脅迫下兩者的含量。
　　4.干旱脅迫誘導(dǎo)了基因的表達(dá)，外源ABA或AM1處理誘導(dǎo)了相關(guān)