生姜種質(zhì)資源評價及其對溫度脅迫的生理響應機制.pdf

1、生姜(Zingiber officinale Rosc.)是我國出口創(chuàng)匯的主要蔬菜之一，年出口量達50萬噸左右，占世界生姜出口總貿(mào)易量的70％以上。但因生姜是無性繁殖作物，種質(zhì)創(chuàng)制、新品種選育較為困難，生產(chǎn)主栽品種比較單一，多為地方品種;另外，生姜生長期長，生長過程需經(jīng)歷夏季高溫和早春、晚秋的霜寒，若溫度調(diào)控不當，易導致生長異常。為此，本文利用農(nóng)藝學與分子生物學相結(jié)合的方法，對世界多地的生姜資源進行了鑒定評價，并研究了外源信號物質(zhì)調(diào)控生

2、姜對溫度脅迫的生理響應機制，旨在為生姜種質(zhì)資源創(chuàng)制和栽培技術創(chuàng)新提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下:
　　146份生姜種質(zhì)資源的主要農(nóng)藝性狀變異廣泛，變異系數(shù)為11.4～51.3％，其中產(chǎn)量的變異系數(shù)達25.7％，說明生姜雖然是無性繁殖作物，但遺傳多樣性較為豐富。生姜的11個主要農(nóng)藝性狀均與產(chǎn)量相關，且大多呈顯著或極顯著正相關，其中莖粗(0.7934)、莖鮮重(0.7302)、株高(0.6024)、葉鮮重(0.5847)和根鮮重(0.50

3、39)均與產(chǎn)量呈極顯著正相關，而根莖干物質(zhì)含量(-0.6155)、分枝數(shù)(-0.3680)與產(chǎn)量呈（極）顯著負相關;主成分分析將影響生姜產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀分為株型因子、分枝因子和葉型因子。多元線性回歸分析確定了影響生姜產(chǎn)量形成的主要農(nóng)藝性狀為莖粗、莖鮮重、葉鮮重、根莖干物質(zhì)含量，其對產(chǎn)量模型的決定系數(shù)達0.8194。
　　2篩選出的15對SRAP引物共擴增出305條帶，其中188條為多態(tài)性條帶，多態(tài)性比率為61.68％，平均每對引

4、物擴增出20.33個位點和12.53個多態(tài)性位點，說明生姜種質(zhì)資源具有豐富的遺傳多樣性。51份生姜種質(zhì)的Nei's遺傳多樣性指數(shù)、Shannon信息指數(shù)平均值分別為0.3689、0.5510，據(jù)此可將生姜種質(zhì)分為3個大類、9個亞類，分析比較發(fā)現(xiàn)，每一類的生姜多來源于相同或相近區(qū)域。進一步研究表明，7個不同地理來源群體的Shannon信息指數(shù)范圍是0.2901-0.4807，在遺傳相似系數(shù)為0.9時，可將7個群體分為4類，華北群體、非洲群

5、體各為一類，東南亞群體與日韓群體為一類，東南沿海群體、西南高原群體、華中群體為一類。根據(jù)遺傳相似系數(shù)的UPGMA聚類分析結(jié)果，生姜種質(zhì)資源的遺傳多樣性受地理來源影響較大;群體間遺傳多樣性分析表明，中國國內(nèi)群體的遺傳多樣性高于國外群體，尤其華北群體與其他群體的遺傳距離較遠，且其栽培歷史悠久，可以判定中國華北地區(qū)是生姜的次生起源地;而鑒于非洲群體的遺傳多樣性指數(shù)較高，與其他群體的遺傳距離較遠，且空間分布距中心位置較近，又有野生種存在，據(jù)此推

6、斷非洲可能是除東南亞之外的另一生姜原生起源地。
　　3高溫脅迫導致生姜葉片相對含水量及葉綠素含量顯著降低，O2·-產(chǎn)生速率、H2O2、MDA含量及電解質(zhì)滲透率顯著升高，脅迫至10d時生姜葉片的MDA含量增幅達47.2％;隨著脅迫時間的延長，F(xiàn)v/Fm、ΦPSⅡ、Fv'/Fm'、qP和P持續(xù)降低，NPQ、β/α-1和D顯著升高;多胺代謝失調(diào)，游離態(tài)、結(jié)合態(tài)多胺含量先升后降，束縛態(tài)多胺持續(xù)上升，Put/PAs比值顯著升高。SOD、PO

7、D、CAT等抗氧化酶活性在脅迫初期有所增強，后期急劇下降，同時，AsA-GSH循環(huán)遭受破壞。外源添加NO可恢復葉片相對含水量和葉綠素含量，增強抗氧化酶活性，維持AsA-GSH循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低葉片ROS水平，減輕膜脂過氧化程度;增強ADC和ODC活性，促進多胺的生物合成及形態(tài)轉(zhuǎn)變，在一定程度上降低了葉片膜系統(tǒng)及PSⅡ的損傷程度，進而減輕高溫脅迫對生姜植株的傷害。
　　4高溫脅迫導致生姜葉片水分虧缺，葉綠素含量降低，葉綠體和類囊

8、體嚴重受損;Fv/Fm、ΦPSⅡ、Fv'/Fm'、qP和P持續(xù)降低，NPQ、β/α-1和D顯著升高，誘發(fā)O2·-和H2O2大量積累，進而導致葉片MDA含量和電解質(zhì)滲透率升高;同時，內(nèi)源激素失衡;SOD活性、ABA含量和脯氨酸含量先升后降，而APX活性、CTK含量和KT含量則持續(xù)下降。外源添加Spd可恢復葉片相對含水量和葉綠素含量，維持葉綠體和類囊體結(jié)構的完整性，提高高溫脅迫下抗氧化酶活性，降低MDA含量和電解質(zhì)滲透率，進而降低ROS水平

9、，促使葉綠素熒光參數(shù)趨于正常水平，提高CTK、KT和ABA含量，促進脯氨酸代謝，進而保護光合機構、抵抗水分散失，在一定程度上降低了葉綠體膜系統(tǒng)及PSⅡ的損傷程度，緩解了高溫脅迫對生姜植株的傷害。
　　5 NO和多胺信號間具有相互誘導作用，二者在提高生姜幼苗耐冷性過程中具有協(xié)同效應。低溫脅迫加劇了生姜葉片葉綠素的降解及PSⅡ的受損程度，使Fv/Fm，ΦPSⅡ，F(xiàn)v'/Fm'，qP和P顯著降低，而NPQ，β/α-1，D和Ex明顯升高。

10、脅迫10d時，膜系統(tǒng)中不飽和脂肪酸含量降低40％，膜的流動性顯著降低。SOD，CAT，GPX，APX，DHAR，MDHAR和GR等抗氧化酶活性分別下降73％，51％，77％，72％，61％，63％和74％;AsA-GSH循環(huán)失衡。外源添加SNP、Spd均可提高生姜植株的耐冷性，但共同添加SNP和Spd時在二者的交聯(lián)作用下緩解效果更為顯著，使O2·-、H2O2、 TBARS含量分別降低24％，31％和30％，電解質(zhì)滲透率降低35％，同時通