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杜鹃花属(Rhododendron)物种极为丰富,地理分布广泛,表型有落叶,也有常绿。国际上,通常将映山红亚属、羊踯躅亚属和马银花亚属的种和品种统称为“azaleas”。其中,映山红亚属的种和品种特指为“evergreenazaleas”;通常将杜鹃花亚属和常绿杜鹃花亚属的种和品种称为“evergreenrhododendrons”。在国内,evergreen azaleas的品种主要分布于长江以南地区(冬季最低温度0℃左右),冬季耐低温能力成为制约其广泛的园林应用的重要环境因素之一;Evergreenrhododendrons主要分布于高山冷凉地区,因此又俗称它们为“高山杜鹃”。它们冬季耐寒性较强,但光胁迫是其越冬的另一挑战。光保护作用对耐寒性的影响机制尚不清楚。研究冷驯化过程的生物学机制有利于杜鹃花的抗逆育种和广泛的园林应用。本文选择了 evergreenazaleas的10个品种,对自然越冬条件下的耐寒性及脱冷驯化特点进行比较分析。接着从中选择一个耐寒性最强的品种’埃尔西李’,通过生理生化指标和转录组学分析对其冷驯化机理进行深入研究。并以evergreen rhododendrons中一个种(R.catawbiense)的两个不同海拔生态型为材料,探讨基于光保护机制的常绿杜鹃花冷驯化机理。主要研究结果如下:1.自然条件下evergreen azaleas的10个品种耐寒性比较及脱冷驯化研究以evergreen azaleas的10个品种为试验材料,即’常春2号’,’大朱砂’,’埃尔西李’,’红珊瑚’,’粉红泡泡’,’石岩杜鹃’,’御代之荣’,’状元红’,’紫蝴蝶’和’紫萼’,在浙江省杭州地区自然越冬的环境条件下,对叶片耐寒性及脱冷驯化特点进行研究。结果发现:1)10个品种冬季耐寒性不同,其中’埃尔西李’冬季叶片耐寒性最强;2)8个品种(除’粉红泡泡’和’石岩杜鹃’)在1月22日获得了冬季最强耐寒性。随后,在平均气温约9.5℃时开始发生脱冷驯化。脱冷驯化延迟的2个品种(’粉红泡泡’和’石岩杜鹃’)可能在非季节性高温期发生了脱冷驯化,高温结束后,又在低温中发生了重驯化;3)耐寒性较强的5个杜鹃花品种(即’埃尔西李’’粉红泡泡’’御代之荣’’常春2号’和’石岩杜鹃’),脱冷驯化初期的脱冷驯化速率较慢,后期速率较快。这个规律在耐寒性较弱的另外5个杜鹃花品种(即’红珊瑚’’大朱砂’’紫蝴蝶’’状元红’和’紫萼’)中刚好相反;4)总体来说,在冷驯化时期,耐寒性较强的杜鹃花品种中,叶片可溶性总糖含量较耐寒性较弱的杜鹃花高;在脱冷驯化中,叶片可溶性总糖含量下降,淀粉含量升高。2.杜鹃花’埃尔西李’在自然与人工气候室冷驯化过程中生理生化响应的比较研究为研究杜鹃花’埃尔西李’如何通过冷驯化过程增强耐寒性,我们设置自然冷驯化与人工气候室冷驯化的对比试验,并分析各生理生化指标的变化。结果发现:1)杜鹃花’埃尔西李’自然冷驯化过程中耐寒性的增加主要分为两个阶段:第一阶段是对秋季缩短的光周期的响应。在该阶段,叶片耐寒性提高不明显,但叶片含水量的显著性下降标志着植物已逐步进入生长停止的状态;第二阶段是对冬季低温和缩短的光周期的共同响应。在该阶段,叶片耐寒性显著性提高,并伴随着叶片糖分和花青素的显著性积累。同时,植物叶片表现出多种方式的光保护作用;2)人工气候室长日照低温处理不足以使杜鹃花’埃尔西李’叶片进入正常的冷驯化过程,冷驯化后叶片耐寒性能力仅为自然冷驯化后的一半。3.杜鹃花’埃尔西李’在自然与人工气候室冷驯化过程中转录组学的比较研究通过对自然冷驯化与人工气候室冷驯化转录组数据的KEGG富集路径和qPCR数据分析,我们发现:1)自然冷驯化特有的KEGG路径有8条,它们与植物光合作用、光保护作用、脂肪氧合酶及过氧化物酶的积累有关;人工气候室冷驯化特有的KEGG路径有11条,它们与植物呼吸作用中糖酵解、柠檬酸循环,及呼吸作用的中间产物参与的氨基酸代谢、脂肪酸合成相关;2)在碳代谢中,自然冷驯化的差异表达基因大多为上调表达,而人工气候室冷驯化的差异表达基因大多为下调表达;3)与生理节奏相关的转录因子HY5和与不饱和脂肪酸代谢相关的脂肪氧合酶LOX,可能对耐寒性的增加具有重要的调控作用;4)花青素的合成可能受到转录后调控。4.自然冷驯化过程中常绿杜鹃花(R.catawbiense)的光保护机制在该研究中,我们选择了一个原产于北美的常绿杜鹃花—R.catawbiense(Subgenus Hymenanthes,Section Ponticum,Subsection Pontica)的高海拔生态型(1800m)和低海拔生态型(85m),将其种植于美国爱荷华州立大学园艺系试验园中,探索常绿杜鹃花在冬季冷驯化过程中光保护机制,并研究不同的原生地环境是否影响植物响应冬季胁迫(低温和强光照)的方式。结果表明:1)低海拔生态型在冷驯化第一阶段对缩短的光周期响应较高海拔生态型敏感;但冬季叶片耐寒性较高海拔生态型弱;2)高低海拔生态型在越冬过程中均采用多种光保护措施,但二者对不同光保护作用的利用率不同:秋季,仅高海拔生态型表现出光反应中心的部分关闭或降解;冬季,不可逆的叶黄素循环为二者主要的光保护方式;从夏季到冬季,低海拔生态型对可逆叶黄素循环的利用率始终高于高海拔生态型;3)不同海拔原生地的生长环境能够影响杜鹃花R.catawbiense响应冬季低温和强光的方式。