烯效唑缓解绿豆始花期低温胁迫的效应和机制

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:moke707
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始花期是绿豆响应低温胁迫较为复杂的阶段,低温胁迫会限制绿豆碳的同化、分配和转移,最终影响绿豆的产量形成。烯效唑(S3307)作为植物生长调节剂,可以直接或间接参与作物的一系列代谢过程,以应对非生物胁迫从而提高作物的抗逆能力,增加产量。为明确始花期低温胁迫对绿豆的影响以及S3307的调控效应及分子机制,本研究的试验材料为绿豆绿丰2号(L2)和绿丰5号(L5),于始花期进行15℃的低温胁迫处理,叶喷S3307作为调控手段,采用盆栽方式试验,平行测定两绿豆品种的产量构成、碳代谢相关指标、渗透调节物质含量、活性氧及清除系统和光合相关生理生化指标,并利用转录组学和代谢组学对比分析可能的调控机制,研究S3307对低温胁迫下始花期绿豆的调控效应和分子机制。主要结果和结论如下:1、绿豆于始花期进行低温胁迫处理,导致两品种绿豆叶片光合能力降低、阻碍碳水化合物的合成过程。S3307处理后,L2和L5叶片内的净光合速率(Pn)均提高,改善了两品种绿豆叶片内的光合气体交换参数(蒸腾速率、气孔导度、细胞间CO2浓度),显著提高了光合色素含量(叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素),并提高了碳代谢关键酶(中性转化酶NI、酸性转化酶AI、蔗糖合成酶SS、蔗糖磷酸合成酶SPS)活性,提高碳水化合物(蔗糖、淀粉)含量,提高碳素同化和转运水平;解除低温胁迫后,上述各项指标均表现为与胁迫期间相反的变化趋势。2、低温胁迫处理后,绿豆L2和L5叶片内活性氧含量提高,丙二醛(MDA)含量显著上升,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性均升高,过氧化氢酶(CAT)活性降低,抗坏血酸类物质(AsA、DHA)、谷胱甘肽(GSH、GSSG)含量升高。喷施S3307处理后,上述活性氧含量和MDA含量的升高得到缓解,增强了保护酶活性,减缓了抗坏血酸和谷胱甘肽含量的进一步提高,但仍然高于对照(CK)处理;恢复正常温度管理后,上述各项指标表现为与低温胁迫期间相反的变化趋势。3、低温胁迫处理后,绿豆L2和L5叶片内的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均增加。喷施S3307后可以使L2和L5叶片内的上述各项渗透调节物质含量进一步增加。恢复正常温度管理后,上述各项渗透调节物质指标均表现为与胁迫期间相反的变化趋势。4、低温胁迫导致L2和L5叶片内的单株荚数、单株粒数、百粒重下降,最终导致产量降低,并且在胁迫的1~4 d,产量逐渐呈现递减的趋势。在低温胁迫的4 d内,L2和L5的产量相比于各自对照分别降低13.31%、21.66%、36.25%、58.25%和8.53%、19.50%、32.61%、46.60%,由此可见,L2产量的降幅大于L5,说明L2对低温胁迫的反应更为敏感。喷施S3307后,L2和L5的产量较胁迫处理而言分别提高8.06%、12.13%、6.36%、20.12%和4.42%、13.42%、1.00%、10.65%,说明低温胁迫后喷施S3307可有效缓解低温胁迫对绿豆造成的损伤,进而缓解胁迫造成的产量严重下降。5、转录组结果分析表明,与低温处理相比,正常温度和低温胁迫下喷施S3307处理的绿豆叶片共同上调和下调的基因分别有27和11个。上调的基因中存在着直接和间接参与糖类物质代谢的功能基因。代谢组结果分析表明,CK/D和D+S/D两两比较中显示绿豆叶片共同上调和下调的代谢物分别有16个和67个,上调的代谢物中绝大部分属于脂质、碳水化合物,进一步揭示了S3307能够提高绿豆碳代谢水平与抵抗低温的能力。转录组和代谢组的联合分析结果显示,S3307通过调节绿豆体内氨基糖和核苷酸糖代谢(Amino sugar and nucleotide sugar metabolism)和半乳糖代谢(Galactose metabolism)途径,促进低温胁迫下ASD1基因和URGT4表达量的增加,提高了N-乙酰基尿酸、乳糖等糖类物质的含量,最终提高绿豆的抗寒能力。
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