机械损伤对小麦低温胁迫的缓解效应及其生理机制

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Ricky_C
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本文在大田和水培试验条件下,研究了机械损伤预处理诱导小麦低温胁迫耐性形成的生理机制。本研究共包括3个试验:(1)大田试验,利用大田温度控制系统(FACT)模拟倒春寒胁迫,研究拔节前机械损伤(镇压)处理对小麦拔节期倒春寒胁迫的影响;(2)水培试验,通过抑制剂和清除剂的喷施,研究一氧化氮(NO)和过氧化氢(H2O2)介导的机械损伤对小麦上部未损伤叶片低温胁迫耐性的影响;(3)水培试验,通过喷施H2O2抑制剂和清除剂,研究H2O2介导的机械损伤对小麦上部新生叶片低温胁迫耐性的影响。本文主要的研究结果如下:1.拔节前机械损伤增强了小麦拔节期倒春寒胁迫耐性拔节前机械损伤(镇压)能够提高小麦幼苗拔节期低温胁迫耐性。低温胁迫下,机械损伤预处理的小麦幼苗全展顶一叶光合速率显著提高,抗氧化系统增强。此外,H2O2含量和细胞膜脂过氧化水平显著降低,叶片可溶性糖和游离氨基酸等渗透调节物质含量显著增加。与此同时,机械损伤预处理显著提高了花后5、15、25天小麦主茎基部第2节间茎秆抗折力,增强了次生代谢合成途径相关酶活性。机械损伤显著提高了主茎基部第2节间木质素含量,同时显著降低了植株重心高度,减少了节间长度,增加了茎秆壁厚和节间粗度,增加了抗倒伏指数。因此,拔节前机械损伤能够通过强化抗氧化系统和光合系统的活性提高小麦拔节期倒春寒胁迫耐性,增强花后茎秆抗折力,调控茎秆次生代谢。2.机械损伤提高了小麦上部未损伤叶片低温胁迫耐性对小麦下部叶片机械损伤处理能够提高上部未损伤叶片低温胁迫耐性。同时,信号物质一氧化氮(NO)和过氧化氢(H2O2)在未损伤叶片系统性积累。药理学研究表明,H2O2在机械损伤信号通路中位于NO上游发挥作用。细胞化学和维管系统定位研究表明,RBOH.介导的H2O2在机械损伤信号通路中发挥关键作用。转录组学研究表明,相对低温胁迫处理,279个基因在低温和机械损伤共同处理后上调。此外,低温和机械损伤处理诱导的基因在“光合”与“信号传递”两大类功能区中显著富集。因此,NO和RBOH介导的H2O2能够在机械损伤后系统性积累,通过强化抗氧化系统和光合系统的活性提高小麦上部未损伤叶片的低温胁迫耐性。3.前期机械损伤提高了小麦上部新生叶片低温胁迫耐性对小麦下部叶片机械损伤处理能够提高上部新生叶片低温胁迫耐性。前期机械损伤显著提高了低温胁迫下小麦上部新生叶片光合系统Ⅱ的最大光化学效率(Fv/Fm),净光合速率(Pn)以及抗氧化酶活性。机械损伤同样减少了该叶片的叶绿素降解,细胞电解质渗漏,水分散失以及细胞膜脂过氧化。此外,还原型谷胱甘肽/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)和抗坏血酸/脱氢抗坏血酸(AsA/DHA)比值增加,新生叶片可溶性糖和游离氨基酸含量增加。药理学实验表明,喷施H2O2清除剂或NADPH氧化酶(RBOH)抑制剂抑制了机械损伤对新生叶片低温胁迫的缓解作用。因此,RBOH介导的H2O2能够在机械损伤中发挥信号传递作用,通过强化抗氧化系统和光合系统的活性,改善抗坏血酸-谷胱甘肽循环以及调节可溶性糖和游离氦基酸的含量等提高小麦新生叶片的低温胁迫耐性。综上所述,机械损伤预处理能够增强大田拔节期的倒春寒胁迫耐性,有效提高小麦上部未损伤叶片及新生叶片的低温胁迫耐性。结合生理学和转录组学等的分析表明,内源H2O2和NO信号转导,光合系统、抗氧化系统以及抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统等在机械损伤诱导小麦低温胁迫耐性形成过程中发挥重要作用。
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