黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点。系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究, 加速耐冷品种的培育。耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA (丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定。耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育。黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等。黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制。黄瓜 耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCR18。今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种。     

水稻耐冷相关基因克隆研究进展

全球约有一半的人口以稻米为主食,然而,大多数栽培水稻品种(尤其是籼稻品种)的耐冷性不强,易受冷害(冰点以上低温危害)。采用分子育种方法培育耐冷水稻新品种是提高水稻耐冷性、减轻冷害的措施之一,对水稻耐冷相关基因进行定位与克隆是水稻耐冷分子育种的重要环节。介绍了以东乡野生稻为研究对象的耐冷相关基因定位以及以栽培稻为研究对象的OsDREB1A与OSISAP1等耐冷相关基因的克隆,并指出了今后该领域研究的重点。     

基于引物扩增受阻突变技术开发水稻耐冷基因CTB4a特异性分子标记

水稻(Oryza sativa)作为热带与亚热带起源的作物对低温敏感.对水稻种质进行耐冷性鉴定,能筛选出耐冷性强的种质,发展耐冷基因分子标记,能够有效鉴别种质中耐冷基因的基因型.本研究使用芽期4℃低温处理10d对41份水稻材料进行芽期耐冷鉴定,对品种的芽期耐冷能力进行评价,获得了参试材料中除了'昆明小白谷'之外的芽期耐冷性最强的品种'南特号'.对已克隆的耐冷基因CTB4a开发分子标记,能够辅助选择水稻的耐冷育种.水稻孕穗期耐冷基因CTB4a来源于'昆明小白谷',能够影响水稻抵抗低温的能力.参照公布的CTB4a序列信息,从中挑选出序列中的作用位点SNP(单核苷酸多态性,single nucleotide polymorphism),结合引物扩增受阻突变技术(Penta-primer amplification refractory mutation system,PARMS),用Primer 6.0设计引物,建立CTB4a基因荧光分子标记GM-CTB4a,使用荧光分子标记GM-CTB4a对41份水稻品种进行鉴定,使用酶标仪在'昆明小白谷'中检测到利用标记扩增产物中包含'昆明小白谷'特异SNP、T碱基引物携带的FAM荧光信号,在另外40份品种的扩增产物中检测到包含作用位点的C碱基引物携带的HEX荧光信号.本研究利用设计的分子标记,鉴定了 41份水稻品种的耐冷性和基因型.比对分析耐冷性和基因型鉴定结果,说明我们开发的分子标记GM-CTB4a特异性较强,具有实际应用价值.研究结果为利用水稻孕穗期耐冷基因CTB4a培育强耐冷水稻品种奠定坚实基础.     

植物激素与水稻幼苗的耐冷性

植物激素包括脱落酸、乙烯和多胺等可调节水稻幼苗的耐冷性.表明在5℃下,稻苗叶片和木质部液体中的脱落酸含量迅速增加;耐冷水稻品种的内源脱落酸含量显著高于感冷品种.用脱落酸预处理感冷水稻,48小时可增强其耐冷性.脱落酸的耐冷机理是可使稻株避免冷害引起的水胁迫;此外,脱落酸还可增加稻株中脯氨酸等溶质的积累,以防止冷害.脱落酸反应基因可在某些植物中表达,且可能与低温的习性有关.     

植物耐冷性分子机理的研究进展

近年来对植物耐冷性分子机理的研究不断深入。主要体现在以下4个方面：植物的冷敏感性可以通过调节膜脂的不饱和脂肪酸水平得到调控,调节的途径是通过酰脂去饱和酶和甘油-3-磷酸酰基转移酶的作用;利用转基因技术在植物中超表达抗氧化酶基因,如编码SOD、APX、CAT和GR等的基因,可望提高耐冷性;植物低温逆境信号转导的研究表明,ABA不仅是重要的低温逆境信号,而且可调节冷害下基因的表达,Ca^2 是一个主要的第二信使,蛋白激酶途径也参与了植物冷害的信号转导;低温诱导的蛋白或酶类主要有脱水蛋白和热稳定蛋白。     

植物耐冷性分子机理的研究进展

近年来对植物耐冷性分子机理的研究不断深入。主要体现在以下4个方面：植物的冷敏感性可以通过调节膜脂的不饱和脂肪酸水平得到调控,调节的途径是通过酰脂去饱和酶和甘油-3-磷酸酰基转移酶的作用;利用转基因技术在植物中超表达抗氧化酶基因,如编码SOD、 APX、CAT和GR等的基因,可望提高耐冷性;植物低温逆境信号转导的研究表明,ABA不仅是重要的低温逆境信号,而且可调节冷害下基因的表达,Ca2+是一个主要的第二信使,蛋白激酶途径也参与了植物冷害的信号转导;低温诱导的蛋白或酶类主要有脱水蛋白和热稳定蛋白。     

用基因操作技术培育耐冷性植物,并应用于其他作物

冈崎国立共同研究机构基础生物学研究所教授村田纪夫等和麒麟基础技术研究所用从耐冷性拟南芥(Arabidopsis thaliana)和对低温敏感的南瓜分离的3-磷酸甘油酰化酶(ATase)基因转化烟草,使耐冷性发生变化获得成功。利用基因操作控制耐冷性在90年报道用原核生物已获成功。但是用高等植物成功还是首次。如利用这项成果,给予易受冷害的甘薯和黄瓜、圆辣椒等低温敏感性作物耐冷性,能开发在寒冷地栽培的品种。ATase基因已由村田申请专利,麒麟啤酒公司91年1月申请了用基因工程培育出耐冷性植物的方法     

水稻丽粳2号近等基因系杂种后代耐冷性遗传研究

在昆明低温冷害条件下,以十和田×(十和田和丽粳2号BC4F5)配制的杂种BC5F1、BC5F2、BC5F3和BC5F4及亲本为材料,用主基因-多基因混合遗传模型对丽粳2号作耐冷基因供体培育出的近等基因系进行孕穗期耐冷性遗传研究。结果表明:(1)杂种BC5F2、BC5F3和BC5F4分离群体在同一世代每穗实粒数与总粒数、结实率呈极显著的正相关;(2)以结实率为耐冷性鉴定指标,近等基因系孕穗期耐冷性受2对主基因和多基因共同控制,其主效基因的遗传率为90.97%,微效基因遗传率为3.83%,主基因和微效基因都存在加性-显性-上位性效应。     

粳稻孕穗期耐冷性NILs的形态评价和分子验证

2004年在海拔1916m昆明两种冷害（水温19.5±0.7℃,低田温冷泉水温17.8±1.1℃)、阿子营冷害(海拔2150m,水温18.2±0.22℃)条件下对5个亲本及其25个近等基因系进行耐冷性鉴定,用Statistica对17个农艺性状进行形态聚类和SSR分子标记聚类分析。结果表明：(1)已培育的穗期耐冷性NILs与轮回亲本十和田的形态极为相似,但与耐冷性相关的性状(穗颈长、实粒数、结实率、花药长和花药体积)有明显的差异;(2)从78个SSR标记筛选出了7个标记在十和田和NILs间存在多态性, 其中RM7452标记与耐冷基因连锁,各个近等基因系间遗传背景相似,但与十和田耐冷性差异大,证明了这些NILs是水稻穗期耐冷基因精细定位和克隆的理想材料。     

低温处理对籼、粳稻芽鞘呼吸、透性和过氧化物酶同工酶的影响

Lyons认为低温影响的初始反应主要是膜物理状态的变化,即发生膜脂的物相变化。郭金铨证明了低温影响细胞的初始反应之一是增加质膜的透性。王洪春指出,植物遭受冷害温度时,呼吸作用先出现短时间上升,而后降低。刘鸿先等根据水稻、黄瓜和龙舌兰麻等植物的不同耐冷力品种试验结果提出,抗冷性强的品种比抗冷性弱的品     

黄瓜核心种质低温耐受性的田间评价

在自然低温条件下,利用幼苗存活率、冷害指数、叶片数、株高及叶绿素含量5个指标对303份黄瓜核心种质进行了低温耐受性评价,结果表明:5个指标基本符合正态分布的特点,幼苗存活率和冷害指数均有明显向低值和高值区域偏离的趋势。相关分析结果显示冷害指数与幼苗存活率、叶片数、株高及叶绿素含量4个指标呈极显著负相关。通过隶属度函数综合评价群体的低温耐受性,共筛选获得28份耐低温种质,为黄瓜耐低温的品种选育及进一步深入挖掘低温耐受性相关基因奠定了基础。     

The Effects of Cold Acclimation on Several Enzyme Activities in Cucumber Seedling

The changes in activities of SOD, peroxidase, catalase and ATPase in chilling sensitive cucumber (Cucumis sativus L.) seedlings using biochemical and cytochemical methods were studied. The results indicated that the activities of SOD, peroxidase and catalase enhanced dramatically in cold acclimated cucumber seedlings and the three enzymes remained stable under chilling stress. Consequently, the ability of cleaning up free radical of oxygen and peroxidates increased. The cold-tolerant character of plasmalemma ATPase activity was developed after low-temperature acclimation. All these changes provided the possibility for protecting the stability of membrane structure and metabolism from chilling injury, and for the enhancement of cold tolerance by low temperature acclimation.     

低温胁迫下不同甘蔗品种(系)光合特性的变化及其与耐寒性的关系

以广西农科院甘蔗研究所自育的7个新材料和2个生产上的主栽品种为研究对象,在甘蔗苗期进行低温胁迫处理,研究了各品种(系)甘蔗形态特征的冷害指数、叶绿素含量及光合特性相关指标的变化及其光合特性相关指标与甘蔗抗寒性间的相关性。结果表明:随着低温胁迫处理时间的延长,冷害指数不断增大,但变化的大小与快慢因品种(系)不同表现不一样。各甘蔗品种(系)叶片叶绿素含量均随时间延长而降低。叶片净光合速率、气孔导度在低温处理与常温处理间具有显著差异。低温胁迫处理显著降低了各甘蔗品种(系)最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光能转化效率ΦPSⅡ、光适应下PSⅡ反应中心的最大光能转化效率Fv′/Fm′、光化学猝灭系数qP、电子传递速率ETR,而显著提高了初始荧光Fo、稳态荧光Fs、非光化学猝灭系数qNP。相关性分析表明整个测定时期各指标间相关显著,Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ与冷害指数I之间的相关系数在0.800以上,Fv/Fm、Fv′/Fm′、ΦPSⅡ可以作为甘蔗品种(系)抗寒性鉴定的重要参考指标。     

Differential response of photosynthesis in greenhouse- and field-ecotypes of tomato to long-term chilling under low light

Three greenhouse- and four field-ecotype varieties of domestic tomato (Lycopersicon esculentum) were compared for the sensitivity of their photosynthetic apparatus to chilling under low light intensity. After chilling at 12/7 degrees C under 100 micromolm(-2)s(-1) of light for 10 days, they were allowed to recover at 25/18 degrees C and 600 micromolm(-2)s(-1) of light for 10 days. For both pre-chilling and recovered plants, greenhouse-ecotype varieties did not necessarily show higher net CO(2) assimilation rate (A), quantum yield of electron transport at PSII (Phi(PSII)) and photochemical quenching (q(P)) than field-ecotype varieties. However for the post-chilling period, greenhouse-ecotype varieties, exhibited higher A, and Phi(PSII) values than field-ecotype varieties. The difference in Phi(PSII) was found to be largely due to q(P). The absence of ecotypic differences in pre-chilling plants indicates that the trait was not expressed constitutively, but relied mainly on adaptation/acclimation mechanisms. Greenhouse-ecotype varieties were able to adapt to low temperature and low light more quickly, and then exhibited higher A, Phi(PSII), q(P) values and greater re-growth capacity after chilling than field-ecotype varieties. Plant re-growth capacity after chilling was highly correlated with Phi(PSII) and q(P) measured in chilled plants, suggesting the usefulness of Phi(PSII) and q(P) measured at low temperature after defined chilling stresses as screening indexes for chilling tolerance in breeding programs.     

The possible role of BAX and BI-1 genes in chilling-induced cell death in cucumber fruit

The aim of the present study was to investigate the possible role of BAX and BI-1 genes in chilling injury of cucumber fruit. BAX and BI-1 gene expressions were assayed under 2 ± 1 °C. Meanwhile, cell death, cellular integrity, specific chromatin fragmentation and nucleus morphology in cucumber (Cucumis sativus L. cv. Zhexiu-1) fruits were determined. Results indicated that BAX and BI-1 genes were activated by low temperature and the expression level of the BAX was much higher than BI-1. At the same time, electrolyte leakage and cell death were increased coupled with nuclear envelope disassembly and DNA fragmentation during the occurrence of chilling injury. In addition, characteristic features of programmed cell death were induced as well as the initiation of chilling injury. The interaction of BAX and BI-1 might predetermine the cell life or death in response to cold stimulus.