核桃低温胁迫下的生理反应及钙信使系统的适应性变化

论文摘要

核桃是喜温树种，寒害时有发生。本研究通过对核桃种质休眠期枝条和展叶期叶片的抗寒性评价，明确了种质之间的抗寒性差异，确定了简单实用的抗寒性筛选指标；利用展叶期抗寒性差异明显的三个品种，从低温胁迫下膜保护酶活性、渗透调节物质含量以及Ca2+信使系统的适应性变化等方面研究了核桃的抗寒机理；利用Ca2+信使系统的促进剂和抑制剂处理叶片，研究了Ca2+信使系统在春季核桃抗寒性中的功能。旨在为筛选抗寒性强的核桃种质，明确核桃的抗寒机理提供科学依据。结果如下：1．不同核桃种质休眠期的抗寒性差异显著，尤其是种间差异大，抗寒性强弱依次为黑核桃>核桃楸≈河北核桃>普通核桃。电导法、枝条或芽褐变法以及氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法均可作为休眠期枝条抗寒性的鉴定指标；在接近大部分核桃种质LT50温度下测定的相对电导率可以较准确的反映休眠期枝条的抗寒性。皮层与木栓层在茎结构中所占比率可作为核桃休眠期枝条抗寒性鉴定的形态结构指标。2．电导法研究表明展叶期不同核桃种质间抗寒性差异较大，但种间抗寒性差异较小。在接近大部分核桃种质LT50的温度下测定相对电导率可以较准确的反映不同种质叶片的抗寒性。栅栏组织厚度和叶片总厚度可作为鉴定核桃叶片抗寒性的形态结构指标。核桃休眠期枝条和展叶期叶片的抗寒性不尽相同。3．低温胁迫前后核桃叶片中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性变化趋势一致，抗寒性强的哈特雷叶片中两种酶的活性始终保持最高，超氧阴离子含量最低；而抗寒性差的晋龙二号叶片中SOD和POD活性下降速度最快，胁迫72h时，其超氧阴离子含量最高。SOD对低温反应敏感，是核桃叶片抗氧化酶系统中的核心酶；而POD活性的增加需要更低的温度诱导。低温胁迫过程中抗寒性强的品种比抗寒性差的品种具有更高的淀粉酶活性和可溶性糖含量。4．核桃叶肉细胞中明显可见叶绿体融合现象，抗寒性差的品种细胞中叶绿体融合现象出现早而且较普遍，抗寒性强的品种出现晚且少。随着低温胁迫，线粒体数量增加。线粒体和细胞核的冷稳定性明显强于叶绿体和质膜。低温胁迫下，抗寒性强的品种叶片的超微结构明显比抗寒性差的品种稳定。5．展叶期核桃幼叶细胞中Ca2+主要分布于液泡和细胞间隙中，低温胁迫可以使叶肉细胞中Ca2+浓度迅速升高。叶绿体也起着细胞内临时钙库的作用；抗寒性强的品种中叶绿体吸收Ca2+的情况出现早，它的活性在低温胁迫下较稳定。线粒体在低温胁迫过程中也起到了钙库的作用，而且它吸收Ca2+速度快。核桃叶肉细胞中的钙调素（CaM）主要定位于细胞核和叶绿体中；线粒体中也有一定量的CaM存在。低温胁迫初期叶肉细胞中CaM含量增加，后期抗寒性差的品种下降迅速。6．低温胁迫后期，不同处理核桃叶片中脯氨酸含量存在明显差异，以乙二醇双乙胺醚-N，N’-四乙酸（EGTA）处理的脯氨酸含量最高，水处理的次之，CaCl2处理的最低。CaCl2和水处理的展叶期叶片中可溶性蛋白质含量较低，而抑制剂处理的蛋白质含量较高。低温胁迫下，Ca2+-CAM信使系统促进剂和抑制剂处理的核桃叶片中可溶性糖的含量均高于水处理的。7．核桃叶片的冷害症状与细胞中持续高浓度的游离Ca2+密切相关。适宜浓度的CaCl2溶液处理能够提高叶片的抗寒性，而各种Ca2+-CaM信使系统的抑制剂处理降低了叶片的抗寒性。8．核桃叶肉细胞中Ca2+-ATPase定位于质膜、细胞壁和细胞间隙中，以质膜上活性最强。CaCl2和LaCl3溶液预处理增强了质膜上的Ca2+-ATPase活性；而三氟拉嗪（TFP）和EGTA处理对酶活性影响较小。低温胁迫下以CaCl2溶液处理的叶片中始终保持较高的Ca2+-ATPase活性。9．TFP溶液处理的叶片中CaM含量较少，增加速度慢。CaCl2和LaCl3处理不同程度地增加了展叶期叶肉细胞中的CaM含量。胁迫过程中各处理的CaM含量均为前期增加、后期又略减少的趋势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题的提出和研究目的
• 1.2 果树抗寒性的鉴定
• 1.2.1 低温处理下组织的相对电导率与果树抗寒性的关系
• 1.2.2 低温处理后枝条组织活力、褐变情况、生长恢复情况与果树抗寒性
• 1.2.3 低温处理下细胞抽提物的pH值与抗寒性
• 1.2.4 枝条组织结构与种质抗寒性
• 1.2.5 叶片细胞结构紧密度与种质抗寒性
• 1.2.6 果树抗寒性的综合评价
• 1.3 果树抗寒机理研究
• 1.3.1 低温胁迫下抗氧化酶系统的活性变化与膜脂过氧化与果树抗寒性的关系
• 1.3.2 低温胁迫下渗透调节物质的含量变化与果树抗寒性的关系
• 1.3.3 低温胁迫下淀粉含量和淀粉酶活性的变化与果树抗寒性的关系
• 1.3.4 低温胁迫下超微结构的变化与果树抗寒性的关系
• 2+和钙调素等的动态变化与植物抗寒性的关系'>1.3.5 低温胁迫下Ca²⁺和钙调素等的动态变化与植物抗寒性的关系
• 2+信使系统在植物抗逆性中的功能'>1.4 Ca²⁺信使系统在植物抗逆性中的功能
• 2+信使系统功能的研究方法'>1.4.1 Ca²⁺信使系统功能的研究方法
• 2+信使系统在植物逆境胁迫中的功能'>1.4.2 Ca²⁺信使系统在植物逆境胁迫中的功能
• 2 材料与方法
• 2.1 休眠期核桃种质间抗寒性差异的比较及抗寒指标的确定
• 2.1.1 低温下核桃枝条相对电导率的测定及其低温半致死温度的确定
• 2.1.2 采用TTC染色法、褐变法及恢复生长法等确定枝条的低温半致死温度
• 2.1.3 枝条组织结构的测定
• 2.1.4 细胞抽提物pH值的测定
• 2.2 展叶期核桃种质间抗寒性差异的比较
• 2.2.1 低温下核桃叶片相对电导率的测定及低温半致死温度的确定
• 2.2.2 叶片组织结构观察
• 2.3 核桃抗寒机理的研究
• 2.3.1 主要化学试剂
• 2.3.2 膜保护酶活性及膜质过氧化产物等含量的测定
• 2.3.3 渗透调节物质和淀粉含量以及淀粉酶活性的测定
• 2.3.4 核桃幼叶细胞超微结构的观察
• 2+的细胞化学定位'>2.3.5 核桃幼叶细胞中Ca²⁺的细胞化学定位
• 2+-ATPase的细胞化学定位'>2.3.6 核桃幼叶细胞中Ca²⁺-ATPase的细胞化学定位
• 2.3.7 核桃幼叶细胞中钙调素的免疫胶体金细胞化学定位
• 2+信使系统在核桃抗寒性中的功能研究'>2.4 Ca²⁺信使系统在核桃抗寒性中的功能研究
• 2+、Ca²⁺-ATPase和CaM的细胞化学定位'>2.4.1 不同试剂处理后低温下Ca²⁺、Ca²⁺-ATPase和CaM的细胞化学定位
• 2.4.2 不同试剂处理后低温下叶片细胞相对电导率的测定
• 2.4.3 不同试剂处理后低温胁迫下叶片各项生理指标的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 休眠期核桃种质间抗寒性差异的比较及抗寒指标的确定
• 3.1.1 梯度低温下枝条相对电导率的测定及其低温半致死温度的确定
• 3.1.2 采用TTC染色法确定枝条的低温半致死温度
• 3.1.3 采用枝条和芽褐变法确定枝条和芽低温半致死温度
• 3.1.4 细胞抽提物的pH值与核桃种质的抗寒性
• 3.1.5 不同核桃种质一年生枝条抗寒性的差异
• 3.1.6 枝条组织结构与核桃种质抗寒性的关系
• 3.2 展叶期核桃种质间抗寒性差异的比较
• 50的确定'>3.2.1 梯度低温下核桃叶片相对电导率的测定及其LT₅₀的确定
• 3.2.2 叶片组织结构与核桃种质抗寒性的关系
• 3.3 低温胁迫下的生理反应及钙信使系统的适应性变化
• 3.3.1 低温胁迫下膜保护酶活性及超氧阴离子产生与核桃抗寒性的关系
• 3.3.2 低温胁迫下渗透调节物质含量的变化与核桃抗寒性的关系
• 3.3.3 低温胁迫下淀粉含量与淀粉酶活性的变化与核桃抗寒性的关系
• 3.3.4 低温胁迫对不同抗寒性核桃品种幼叶细胞超微结构的影响
• 2+分布的影响'>3.3.5 低温胁迫对不同抗寒性核桃品种幼叶细胞中Ca²⁺分布的影响
• 3.3.6 低温胁迫对不同抗寒性核桃品种幼叶细胞中CaM定位和含量的影响
• 2+在核桃抗寒性中的功能'>3.4 Ca²⁺在核桃抗寒性中的功能
• 2+信使促进剂或抑制剂处理对低温胁迫72h时叶片细胞质膜透性的影响'>3.4.1 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂处理对低温胁迫72h时叶片细胞质膜透性的影响
• 2+信使促进剂或抑制剂对低温下膜保护酶活性以及过氧化产物含量的影响'>3.4.2 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂对低温下膜保护酶活性以及过氧化产物含量的影响
• 2+信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶片中渗调物质含量的影响'>3.4.3 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶片中渗调物质含量的影响
• 2+信使促进剂或抑制剂对低温下叶片中淀粉含量与淀粉酶活性的影响'>3.4.4 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂对低温下叶片中淀粉含量与淀粉酶活性的影响
• 2+信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶肉细胞中Ca²⁺分布的影响'>3.4.5 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶肉细胞中Ca²⁺分布的影响
• 2+信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶肉细胞中Ca²⁺-ATPase活性的影响'>3.4.6 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶肉细胞中Ca²⁺-ATPase活性的影响
• 2+信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶肉细胞中CaM含量和分布的影响'>3.4.7 Ca²⁺信使促进剂或抑制剂处理对低温下叶肉细胞中CaM含量和分布的影响
• 4 讨论
• 4.1 核桃种质的抗寒性评价
• 4.1.1 核桃休眠期枝条的抗寒性差异
• 4.1.2 展叶期核桃叶片的抗寒性差异
• 4.2 核桃的抗寒机理
• 4.2.1 低温胁迫下膜保护酶系统的活性与核桃抗寒性的关系
• 4.2.2 低温胁迫下渗透调节物质含量与核桃抗寒性的关系
• 4.2.3 低温胁迫下淀粉含量、淀粉酶活性与核桃抗寒性的关系
• 4.2.4 低温胁迫下叶片超微结构变化与核桃抗寒性的关系
• 2+的动态变化与核桃抗寒性'>4.2.5 低温胁迫下叶肉细胞中Ca²⁺的动态变化与核桃抗寒性
• 4.2.6 低温胁迫下叶肉细胞中CaM的动态变化与核桃抗寒性
• 4.2.7 核桃品种抗寒性鉴定的适宜生理生化指标
• 2+信使系统在核桃叶片低温信号传导中的功能'>4.3 Ca²⁺信使系统在核桃叶片低温信号传导中的功能
• 2+信使系统对核桃叶片抗寒性的影响'>4.3.1 Ca²⁺信使系统对核桃叶片抗寒性的影响
• 2+信使系统对核桃叶片中抗氧化酶活性的影响'>4.3.2 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中抗氧化酶活性的影响
• 2+信使系统对核桃叶片中超氧阴离子和MDA含量的影响'>4.3.3 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中超氧阴离子和MDA含量的影响
• 2+信使系统对核桃叶片中脯氨酸和蛋白质含量的影响'>4.3.4 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中脯氨酸和蛋白质含量的影响
• 2+信使系统对核桃叶片中淀粉和可溶性糖代谢的影响'>4.3.5 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中淀粉和可溶性糖代谢的影响
• 2+信使系统对核桃叶片中Ca²⁺动态分布的调控'>4.3.6 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中Ca²⁺动态分布的调控
• 2+信使系统对核桃叶片中Ca²⁺-ATPase活性的调控'>4.3.7 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中Ca²⁺-ATPase活性的调控
• 2+信使系统对核桃叶片中CaM动态分布的调控'>4.3.8 Ca²⁺信使系统对核桃叶片中CaM动态分布的调控
• 5 结论
• 6 参考文献
• 附录 图版说明
• 在读期间发表的学术论文
• 作者简历
• 致谢
• 附件