辣椒（Capsicum annuum L.）耐冷性鉴定与冷适应生理机制研究

论文摘要

早春和秋冬季节的低温冷害常造成辣椒大面积落花落果,使产量和品质下降,经济效益降低,严重影响辣椒的周年生产。因此,开展辣椒耐低温品种鉴定和低温生理机制研究有非常重要的理论和现实意义。本文在研究不同辣椒品种耐低温性的基础上,从授粉受精角度对不同时期低温造成辣椒落花落果的原因进行了剖析,研究了碳水化合物、内源激素、细胞膜损伤及膜脂过氧化等的变化,探讨了通过施用外源物质减轻辣椒伤害的效应,克隆了低温诱导基因——辣椒肌醇半乳糖苷合成酶基因并研究了其在低温下的表达规律,以期为辣椒耐低温品种选育和栽培提供理论依据。主要研究结果如下:低温能显著抑制辣椒的营养生长和产量形成,10个辣椒品种的耐低温性存在显著差异,其中苏椒5号的耐低温性最强,苏长红最差;4℃处理4叶1心期幼苗的冷害指数和15℃时的发芽指数与产量形成耐低温指数间存在显著相关性,可以作为辣椒品种耐低温性的评价指标。现蕾期和开花期的花器官对低温的敏感性不同。现蕾期的雄蕊较雌蕊更容易受到低温伤害,开花期低温对雌蕊及受精过程的影响较大,对雄蕊影响较小。不同基因型辣椒的花器官对低温的敏感性不同,与苏椒5号相比,苏长红的花器官更容易受到低温的不利影响。随着果实发育成熟,叶肉、节间、果肉和根部的淀粉、总糖和蔗糖含量不断增加,叶肉、节间、果肉中的葡萄糖和果糖以果实膨大期含量最高,各器官酸性转化酶和中性转化酶活性呈先增强后减弱的趋势,与蔗糖水平的提高相关联,SPS活性也表现出逐渐增强趋势。低温抑制了各部位淀粉和蔗糖的合成,促进了总糖、葡萄糖和果糖的积累,低温也使植株各部位的酸性转化酶活性和中性转化酶活性增强,蔗糖磷酸合成酶活性降低。随着处理温度降低和低温时间延长,辣椒叶片中的脯氨酸（Pro）含量、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量和根系的不饱和脂肪酸含量不断增加,根系饱和脂肪酸含量不断下降;随着低温程度的加强,苏椒5号的Pro含量和POD活性的增加速度比苏长红快,而MDA含量的增加速度则相对较慢。辣椒植株抗低温能力的产生与低温诱导有关,低温胁迫后,辣椒可产生相对迁移率（Rf）为0.3145的POD同工酶电泳新谱带。低温处理后辣椒叶片中的腐胺（Put）、精胺（Spm）、亚精胺（Spd）和脱落酸（ABA）的含量有不同程度增加,而赤霉素（GA3）和生长素（IAA）含量则有所降低。随着低温条件的解除,Put含量和ABA含量迅速下降至对照水平,表明二者含量变化是植株自身对低温作出的一种应激反应,而Spm和IAA含量在低温解除一段时间后才恢复至对照水平,说明Spm和IAA含量的变化可能是植株对低温的一种适应性反应。早春栽培中,在定植前后及低温发生时叶面喷施1 mmol·L-1 Put或150 mg·L-1ABA,有助于提高辣椒产量;在秋延迟栽培中,低温来临时,可使用200 mg·L-1Pro或100mg·L-1ABA进行保花保果。喷施ABA可提高辣椒植株的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度及根、茎、叶中的N、P、K含量,在一定程度上缓解了低温伤害。采用RT-PCR结合RACE技术从经低温处理的辣椒品种苏长红叶片中克隆得到肌醇半乳糖苷合成酶基因（GS）的cDNA序列,其全长1444bp,编码336个氨基酸,该基因与其他植物的GS具有较高的同源性。该基因常温下在辣椒各组织中均无表达,经4℃或10℃处理6 h后在叶片中开始表达,而茎和根系中不表达。Southern杂交结果表明辣椒基因组中可能还存在其他形式的GS。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1 低温对植物生长发育的影响
• 1.1 低温对种子萌发的影响
• 1.2 低温对营养生长的影响
• 1.3 低温对生殖生长的影响
• 2 植物低温生理机制研究
• 2.1 低温与植物细胞膜的结构和功能
• 2.2 低温对光合作用和呼吸作用的影响
• 2.3 低温对根系吸收的影响
• 2.4 低温对植物激素的影响
• 2.5 低温对基因表达的影响
• 3 植物抗冷性鉴定
• 4 植物抗低温栽培措施研究
• 4.1 抗寒锻炼
• 4.2 外源化学药剂的使用
• 5 小结与展望
• 第二章 辣椒品种耐低温性鉴定研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 2006 年～2007 年试验期间田间的气温变化
• 2.2 辣椒各品种营养生长耐低温性和产量形成耐低温性的鉴定
• 2.3 辣椒种子发芽指数鉴定
• 2.4 辣椒幼苗冷害指数鉴定
• 3 讨论与结论
• 第三章 现蕾期和开花期低温对辣椒授粉受精过程的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 现蕾期低温对雄蕊和雌蕊受精能力的影响
• 2.2 开花期低温对雄蕊、雌蕊及受精过程的影响
• 3 讨论与结论
• 第四章 低温对辣椒碳水化合物及蔗糖相关酶的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 试验处理
• 2 结果与分析
• 2.1 低温对辣椒果实生长发育过程的影响
• 2.2 不同果实发育期辣椒不同部位中的淀粉含量及低温对淀粉含量的影响
• 2.3 不同果实发育期辣椒各部位的糖含量及低温对可溶性糖含量的影响
• 2.4 不同果实发育期辣椒各部位蔗糖代谢相关酶及低温对酶活性的影响
• 3 讨论与结论
• 3.1 不同果实发育期辣椒各部位糖分含量的变化
• 3.2 不同果实发育期辣椒各部位蔗糖代谢相关酶活性的变化
• 3.3 低温对不同果实发育期辣椒各部位糖分含量的影响
• 3.4 低温对不同果实发育期辣椒各部位蔗糖代谢相关酶活性的影响
• 第五章 低温条件下辣椒叶片的膜脂过氧化研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验处理
• 1.3 测定项目和方法
• 2 结果与分析
• 2.1 低温对辣椒叶片中MDA 含量、Pro 含量和POD 活性的影响
• 2.2 低温时间对辣椒叶片中MDA 含量、Pro 含量和POD 活性的影响
• 3 讨论与结论
• 第六章 低温对始花期辣椒根系生长、根系活力及根系膜脂脂肪酸的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 处理方法
• 1.3 根系形态和根系活力的测定
• 1.4 气质联用法进行脂肪酸测定
• 2 结果与分析
• 2.1 低温对辣椒根系生长的影响
• 2.2 低温对辣椒根系活力的影响
• 2.3 辣椒根系脂肪酸组分研究
• 3 讨论与结论
• 第七章 低温胁迫对辣椒叶片POD 同工酶的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 2 结果与分析
• 3 讨论与结论
• 第八章 低温胁迫后辣椒叶片中多胺和内源激素的动态变化研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 试验处理
• 1.3 多胺含量的测定
• 1.4 内源激素的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 低温对辣椒叶片内源多胺的影响
• 2.2 低温对辣椒叶片中内源激素的影响
• 3、ABA／IAA 的变化规律'>2.3 ABA／GA₃、ABA／IAA 的变化规律
• 3 讨论
• 第九章 低温下外源物质对辣椒产量形成的影响及ABA 的抗低温生理研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 不同生育期低温环境下喷施化学药剂对辣椒座果和产量的影响
• 1.3 低温环境下ABA 对辣椒光合特性和N、P、K 吸收运转的影响
• 2 结果与分析
• 2.1 外源物质处理对辣椒座果率及产量的影响
• 2.2 ABA 对低温胁迫后辣椒叶片光合特性的影响
• 3 讨论与结论
• 第十章 辣椒肌醇半乳糖苷合成酶基因全长CDNA 的克隆与低温表达分析
• 1 材料和方法
• 1.1 植物材料和低温处理
• 1.2 辣椒GS cDNA 片段的克隆和分析
• 1.3 辣椒GS cDNA 全长序列的克隆和分析
• 1.4 Southern 杂交
• 1.5 RT-PCR 分析低温胁迫后辣椒GS 的表达
• 2 结果与分析
• 2.1 辣椒GS 全长cDNA 的克隆
• 2.2 辣椒GS 基因序列分析
• 2.3 GS 基因在辣椒基因组中的拷贝数
• 2.4 低温胁迫下GS 在辣椒各组织的表达
• 3 讨论
• 全文结论
• 创新之处
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录