低温条件下冬小麦糖代谢和抗氧化活性与耐寒性关系

摘要

黑龙江属于高寒地区，冬季温度低且持续时间长，最低可以至-40℃左右。冬小麦在黑龙江省稳定的安全越冬一直是冬小麦育种上的重要问题。因此，研究冬小麦低温处理下，随低温的持续其生理生化变化特性，对冬小麦育种具有重大意义。本试验以抗寒性不同的两个冬小麦品种为材料进行田间和实验室试验，研究低温胁迫下，冬小麦分蘖节和叶片的生理特性，从而为寒地冬小麦的抗寒育种提供理论依据。本试验主要研究结果如下: 1.低温处理下，抗寒品种东农冬麦1号的存活率高于冷敏感品种济麦22的存活率，东农冬麦1号最高达到100％，济麦22最高达到33％。-12℃3d对东农冬麦1号存活率基本没有影响，从-18℃1d开始其存活率开始低于40％，-24℃时存活率不超过10％。-12℃即对济麦22的存活率产生了很大的影响，-18℃时存活率为零。 2.低温处理下，相对电导率随着温度的降低和处理时间的持续，整体上呈上升的趋势。同一条件下，东农冬麦1号的相对电导率低于济麦22的相对电导率。 3.低温处理下，冬小麦体内活性氧产生速率随着低温的降低和处理时间的持续，呈上升趋势。抗寒品种活性氧产生速率变化范围在0.2-0.63 nmol·g-1FW·min-1，不抗寒品种则为0.4421-1.241nmol·g-1FW·min-1，同一条件下，东农冬麦1号体内的活性氧产生速率低于济麦22体内的活性氧产生速率。过氧化氢(H2O2)比较分析得出，冷冻条件下东农冬麦1号过氧化氢含量显著低于济麦22，-12℃3d和-18℃3d，东农冬麦1号的过氧化氢含量分别为5.21μmol·g-1FW和5.73μmol·g-1FW,而济麦22的过氧化氢含量分别为6.62μmol·g-1FW和7.02μmol·g-1FW。 4.低温处理下保护酶活性变化表现为，东农冬麦1号和济麦22的SOD和POD活性均呈先升后降的趋势，在冷胁迫后期略微下降。-18℃3d处理下东农冬麦1号的SOD活性为123.04 U·g-1，而济麦22仅为54.77 U·g-1，可以很好地区分品种的抗寒性。东农冬麦1号CAT活性呈上升趋势，济麦22CAT活性呈降-升-降的趋势，本研究中仅在-18℃3d东农冬麦1号的CAT活性与济麦22有显著差异，此时东农冬麦1号为50.47 U·g-1FW·min-1，而济麦22为30.42 U·g-1FW·min-1。 5.非酶抗氧化物质变化表现为，低温驯化20d后，东农冬麦1号的还原性抗坏血酸(ASA)含量显著高于济麦22，且东农冬麦1号的ASA含量在-12℃3d时达到峰值，为4564.14μ g·g-1FW，而济麦22在驯化30d ASA含量达到最高为1477.59μg·g-1FW，到-18℃3d东农冬麦1号的ASA含量为3935.67μg·g-1FW，而济麦22仅为783μg·g-1FW。两个冬小麦品种总ASA含量以及脱氢型抗坏血酸含量的变化趋势与还原性抗坏血酸ASA变化趋势一致，低温下抗寒品种非酶抗氧化物质保持较高的含量，能够有效地清除活性氧来保持较高的抗寒性。 6.低温处理下糖分含量变化表现为，两冬小麦品种分蘖节的可溶性糖含量逐渐升高，最高值出现在驯化30d时，此时东农冬麦1号与济麦22分蘖节的可溶性总糖含量分别为255.22和173.95 mg·g-1。温度继续下降时，可溶性糖含量下降，但东农冬麦1号分蘖节的可溶性糖含量在下降后再次上升，分蘖节中的可溶性总糖在-18℃3d作用下从182.49 mg·g-1升至251.48mg·g-1，而济麦22分蘖节中可溶性糖含量则从-12℃3d时123.63 mg·g-1降至-18℃3d时81.12mg·g-1，且东农冬麦1号各器官可溶性糖含量一直高于济麦22;两个品种蔗糖含量均在驯化30d达到最高值，分蘖节中的蔗糖含量高于叶片中蔗糖含量，所有低温处理下东农冬麦1号叶片和分蘖节中蔗糖含量均显著高于济麦22;东农冬麦1号果糖含量呈逐渐升高的趋势，在-18℃3d下其分蘖节的果糖含量达到峰值为98.143 mg·g-1，而济麦22分蘖节中果糖含量仅在低温驯化30d达到峰值为40.793 mg·g-1，在-18℃3d时济麦22分蘖节中果糖含量仅为19.283mg·g-1。两个品种叶片中果糖含量均在驯化30d达到峰值，但此时二者果糖含量差异不显著，-18℃3d下，东农冬麦1号果糖含量为58.033 mg·g-1，显著高于济麦226.063 mg·g-1。 7.低温处理下呼吸代谢相关酶活性变化表现为，低温驯化阶段及-12℃3d济麦22分蘖节的丙酮酸激酶活性要显著高于东农冬麦1号，只有在-18℃3d下显著低于东农冬麦1号;而低温处理下与呼吸有关的己糖激酶则表现为抗寒品种显著高于不抗寒品种。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 低温对植物的伤害机理

1．1．1 低温对植物的伤害

1．1．2 低温对植物伤害的原因

1．2 低温对冬小麦生产的影响

1．3 冷驯化对植物抗寒性的影响

1．4 生理代谢与植物抗寒性的关系

1．4．1 活性氧与植物抗寒性的关系

1．4．2 抗氧化系统与植物抗寒性的关系

1．4．3 糖积累与植物抗寒性的关系

1．4．4 糖酵解与植物抗寒性的关系

1．5 我国寒地冬小麦研究进展

1．6 东农冬麦1号的特性和研究进展

1．7 本试验研究内容

1．7．1 低温条件下冬小麦存活率和相对电导率的调查

1．7．2 低温条件下冬小麦品种间生理基础的比较

1．8 研究目的及意义

2 材料与方法

2．1 试验材料与处理方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 室内模拟低温设计及取材

2．2 试验药品及仪器

2．2．1 试验药品

2．2．1 试验仪器

2．3 试验方法

2．3．1 冷冻存活率的测定

2．3．2 相对电导率的测定

2．3．3 半致死温度的测定

2．3．4 活性氧含量的测定

2．3．5 保护酶活性的测定

2．3．6 抗氧化剂含量的测定

2．3．7 糖分含量的测定

2．3．8 糖酵解关键酶活性的测定

2．4 数据处理

3 结果与分析

3．1 低温处理下不同品种冬小麦存活率的变化

3．2 低温处理下不同品种冬小麦分蘖节相对电导率的变化

3．3 低温处理下不同品种冬小麦分蘖节超氧阴离子产生速率的变化

3．4 低温处理下不同品种冬小麦过氧化氢含量的变化

3．5 低温处理下不同品种冬小麦分蘖节保护酶活性的变化

3．5．1 超氧化物歧化酶(SOD)活性的变化

3．5．2 过氧化物酶(POD)活性的变化

3．5．3 过氧化氢酶(CAT)活性的变化

3．5．4 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的变化

3．6 低温处理下不同品种冬小麦分蘖节非酶抗氧化物质的变化

3．6．1 ASA含量的变化

3．6．2 总ASA含量的变化

3．6．3 DHA含量的变化

3．6．4 ASA／DHA的变化

3．6．5 还原型谷胱甘肽(GSH)含量的变化

3．6．6 氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量的变化

3．6．7 总GSH含量的变化

3．6．8 GSH／GSSG的变化

3．7 低温处理下不同品种冬小麦糖代谢的变化

3．7．1 可溶性糖含量的变化

3．7．2 蔗糖含量的变化

3．7．3 果糖含量的变化

3．7．4 蔗糖和果糖总和占可溶性糖的比例的变化

3．8 低温处理下不同品种冬小麦呼吸代谢相关酶活性的变化

3．8．1 丙酮酸激酶活性的变化

3．8．2 己糖激酶活性的变化

4 讨论

4．1 低温胁迫下不同冬小麦品种成活率和电导率与抗寒性的关系

4．2 低温胁迫下不同冬小麦品种活性氧水平和抗氧化酶活性与抗寒性的关系

4．3 低温胁迫下不同冬小麦品种抗氧化剂含量与抗寒性的关系

4．4 低温胁迫下不同冬小麦品种糖含量与抗寒性的关系

4．5 低温胁迫下不同冬小麦品种糖酵解关键酶活性与抗寒性的关系

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文