苦瓜耐低温机制研究

论文摘要

苦瓜（Momordica charantia L.）,是葫芦科苦瓜属的一年生蔓生植物,果实具有食用和药用价值。目前研究主要集中在药用功能方面,对苦瓜的生理和育种研究报道较少。苦瓜主要分布亚热带、热带地区,喜高温,低温限制了苦瓜的种植范围和种植时节。植株在生长季节遇到低温会生长发育不良甚至死亡。本试验旨在开展苦瓜低温生理和耐低温机制研究,为苦瓜设施栽培和耐低温育种提供理论依据和指导,同时在耐低温育种方面也作了一些工作。本文模拟早春非加热大棚环境,研究了不同夜间低温对2个苦瓜自交系的生理生化特性的影响,以了解苦瓜对不同夜间低温的耐受程度和耐受机理;接着利用甲基化敏感多态性扩增（MSAP）技术研究了低温处理诱导的苦瓜基因组DNA的CCGG位点的甲基化模式的变化,以探讨苦瓜低温适应的分子机理。本文还调查了外源水杨酸（SA）预处理对苦瓜耐低温性的影响,以期进一步研究苦瓜的低温生理,同时也为遭遇低温时苦瓜的栽培管理措施进行有益的探讨。最后,利用7个多年多代自交纯和的优良自交系进行配组杂交,用加性-显性模型对苦瓜的耐低温性进行了遗传分析,同时对各组合的耐低温性进行鉴定,结合其它农艺性状,筛选出优良的杂交组合。实验主要结果如下:1.12℃夜间低温处理7d对苦瓜幼苗叶片的各项指标影响较小,几乎不引起伤害。8℃夜间低温处理7d降低了苦瓜幼苗膜稳定性、光系统Ⅱ的潜在活性（Fv/Fo）、光化学淬灭系数（qP）和PSⅡ量子产额（ΦPSⅡ）,使剩余光能荧光耗散（E）比率上升,对苦瓜幼苗造成一定伤害,这种伤害在经过7d常温生长后可以得到部分或完全恢复。5℃夜间低温处理7d对苦瓜伤害最严重,不仅进一步降低了苦瓜幼苗膜稳定性、Fv/Fo、qP和ΦPSⅡ,还导致叶绿素含量、最小荧光（Fo）、最大荧光（Fm）和可变荧光（Fv）降低,叶绿素a/b比值升高,荧光耗散比率上升幅度增加,经过7d常温生长后的各指标的恢复程度在株系间有一定差别。Z-1-4的恢复程度比Y-106-5好,表现出较好的耐低温性。夜间低温处理下ΦPSⅡ主要受反应中心的组成而不是吸收的光能到达反应中心的效率的影响。夜间低温对光系统Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）影响较小,相对来说,Fv/Fo受到夜间低温的影响较大。在研究夜间低温对植物的影响时,Fv/Fo是比Fv/Fm更敏感更适用的指标。2.苦瓜DNA的甲基化总体水平为22.92%-25.86%,内侧胞嘧啶的甲基化水平平均为19.63%,外侧胞嘧啶的半甲基化水平平均为4.66%。四个供试自交系的甲基化水平高低依次为:Y-106-5＞Y-81.3＞Z.1.4＞Y-70-1。低温处理诱导了苦瓜基因组DNA的CCGG位点发生了甲基化模式的改变。实验成功克隆到9个至少在2个自交系中发生甲基化模式变异的片段,测序结果经过BLASTn比对,Y1、Y2、Y5三个片段在NCBI数据库中找到部分同源序列。Y1序列与长喙田菁（Sesbania rostrata）的β-1,3-葡聚糖酶mRNA序列有一定相似性。片段Y2与GCN5相关N乙酰转移酶（GNAT）有一定相似性。片段Y5与黄瓜中编码叶绿体光系统1 A亚基的psaA基因高度相似（98%）。3.经0.5mmol/L水杨酸处理的幼苗在低温处理后具有较高的过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）与超氧化物歧化酶（SOD）活性和（POD+CAT）/SOD比值,表现出较强的抗氧化活性,光合色素含量较高,Fv/Fm和ΦPSⅡ受到的影响小,膜脂过氧化程度低,受到低温的伤害较小。高浓度SA和低浓度SA预处理对苦瓜耐低温性有不同的效应。4.遗传分析表明:低温处理后MDA含量、叶片电导伤害率（Eb）及离体叶片低温电导伤害率（Ea）的遗传以基因显性效应为主,还受到部分加性效应的作用,环境条件对这些性状的表现也有很大影响。各性状的广义遗传力较高,狭义遗传力相对较低,宜在较高世代进行选择。部分F1代植株具有较低的MDA含量和电导伤害率值,苦瓜耐低温性表现出较强的超中优势和超亲优势,通过杂交可以得到耐低温性比较好的材料。低温胁迫条件下,自交系P1、P2、P3、P6对MDA含量、Eb、Ea这三个指标或其中两个指标都具有反向加性效应,耐低温性较好,可以作为耐低温育种的良好亲本加以利用。杂交种P1×P5、P1×P6、P1×P7、P2×P3、P2×P5、P3×P5、P4×P6对三个指标都具有负向显性效应预测值,耐低温性相对较好,有一定利用价值。本课题组利用上述材料对苦瓜其它部分农艺性状进行了配合力分析,结合耐低温性和其它性状可以进行苦瓜温室品种选育。本实验所选4个组合已经过鉴定并开始进行扩大试种,其中2个组合可以作为温室栽培品种。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 第一章 文献综述
• 1 课题提出
• 2 低温胁迫生理生化机制研究
• 2.1 冷害及其危害
• 2.2 低温对生物膜系统的影响
• 2.3 低温胁迫与抗氧化系统
• 2.4 低温胁迫与植物细胞渗透调节物质
• 2.5 低温胁迫对植物光合作用的影响
• 2.6 低温胁迫对植物激素的影响
• 2.7 低温胁迫对植物营养吸收的影响
• 3 低温胁迫的分子机制研究
• 3.1 低温胁迫的分子机制研究进展
• 3.2 DNA甲基化研究在抗逆分子生物学上的应用
• 4 低温胁迫抗性的遗传机制研究
• 5 提高植物抗冷性的措施
• 6 结语
• 第二章 不同夜间低温对苦瓜生理生化的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 低温处理
• 2.3 指标测定
• 3 结果与分析
• 3.1 夜间低温对苦瓜叶片电导率的影响
• 3.2 夜间低温对苦瓜叶片水势的影响
• 3.3 夜间低温对苦瓜叶片色素的影响
• 3.4 夜间低温对苦瓜叶片叶绿素荧光参数的影响
• 4 讨论
• 第三章 低温对苦瓜幼苗基因组DNA胞嘧啶甲基化的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 3 结果与分析
• 3.1 苦瓜DNA的MSAP实验体系优化
• 3.2 苦瓜幼苗在CCGG位点的胞嘧啶甲基化水平
• 3.3 低温对苦瓜幼苗DNA甲基化模式的影响
• 3.4 低温诱导的苦瓜幼苗基因组DNA甲基化变异谱带序列分析
• 4 讨论
• 4.1 实验技术体系探讨
• 4.2 叶片基因组DNA甲基化水平
• 4.3 低温对叶片基因组甲基化模式的影响
• 4.4 低温诱导的DNA甲基化变化片段的分析
• 第四章 外源水杨酸对苦瓜幼苗耐低温性的影响
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 材料处理
• 2.3 指标测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源水杨酸预处理对常温和低温下苦瓜幼苗色素的影响
• 3.2 外源水杨酸预处理对常温和低温下苦瓜叶片叶绿素荧光参数的影响
• 3.3 外源水杨酸预处理对常温和低温下苦瓜叶片脂质过氧化的影响
• 3.4 外源水杨酸预处理对常温和低温下苦瓜叶片抗氧化酶活性的影响
• 4 讨论
• 第五章 苦瓜幼苗耐低温性遗传分析及应用
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 低温处理及指标测定
• 2.3 统计分析
• 3 结果与分析
• 3.1 低温处理苦瓜叶片各生理指标平均值
• 3.2 低温处理苦瓜叶片各生理指标的遗传方差分量分析
• 3.3 低温处理苦瓜叶片各生理指标的遗传力分析
• 3.4 苦瓜亲本低温处理各性状的加性效应预测分析
• 1组合低温处理各性状的显性效应预测分析'>3.5 各F₁组合低温处理各性状的显性效应预测分析
• 3.6 低温处理指标各性状的遗传相关分析
• 4 讨论
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录:发表论文及成果
• 致谢