机械损伤对损伤叶不同区域低温抗性的影响及其生理机制
：近年来，随着全球极端气候的增多，特别是冬春季节的频繁冻害对小麦的越冬和拔节产生的严重影响，限制了小麦的产量提高。本研究在盆栽条件下，以扬麦16号为材料，通过对叶片中部的机械损伤处理和植株的低温处理，研究了机械损伤对损伤叶不同区域低温抗性的影响，并探究其可能的生理机制。结果表明：机械损伤2h和12h后，低温胁迫会显著降低损伤叶未损伤区域的叶片光合速率及叶片荧光特性。同时，机械损伤和低温胁迫会增加叶片未损伤区域不同部位的超氧阴离子（O2-.)产生速率和丙二醛(MDA)含量，提高抗坏血栓过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)和过氧化氢酶(CAT)活性，同时过氧化氢(H2O2)、一氧化氮(NO)和脱落酸(ABA)含量会增加。此外，机械损伤对未损伤区域不同部位的低温缓解能力有差异，机械损伤对叶片基部的低温缓解能力最强，对顶部的缓解能力最弱。
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言2
1材料与方法4
1.1试验设计4
1.2测定项目与方法4
1.2.1光合系统参数4
1.2.2叶绿素荧光动力学参数测定4
1.2.3活性氧测定4
1.2.4膜脂过氧化反应测定5
1.2.5抗氧化酶活性测定5
1.2.6 ABA含量测定 5
1.2.7 NO 含量测定5
1.3数据分析5
2结果与分析5
3讨论14
致谢15
参考文献15
机械损伤对损伤叶不同区域低温抗性的影响及其生理机制
引言
引言
小麦是世界上种植面积较大、总产较高的农作物之一，全世界约有3540%的人口以小麦作为主要粮食[1]。我国小麦栽培区域分布地域辽阔，种植品种主要以冬小麦为主，面积和总产量分布占全国小麦的92%和94%，冬小麦种植区域主要在辽东、华北、新疆南部、陕西、长江流域各省及华南一带，秋季10～11月播种，翌年5～6月成熟，生育期长达180天左右[2]。近几年来，由于温室效应等因素的影响，极端天气的出现比以往更加频繁。我国南北区小麦在
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越冬和拔节期均遭遇频繁冻害，严重影响和制约了小麦的生长发育[3]。尤其在我国黄淮海麦区和长江中下游冬麦区，低温灾害是此地区主要的气象灾害之一，对小麦的生长发育和产量造成了严重影响。低温对光合作用的影响主要分为两个方面：一是低温能够直接影响光合系统的结构和活性；另一个是通过影响其它生理代谢过程来间接地影响光合作用。直接影响一般表现为对叶绿素含量、叶绿体类囊体膜、光系统I、光系统1I以及光化学反应和暗反应的酶系统等方面的伤害及抑制。科研人员通过研究不同抗寒性的冬小麦内源激素的变化规律，发现对冬小麦安全越冬起重要作用的内源激素是ABA[5]。大量研究结果表明，植物在遭遇不论何种逆境胁迫后，体内都迅速积累ABA[5]。比如在冬小麦、水稻、玉米、马铃薯、番茄等植物经过低温锻炼后，体内ABA均会大量增加[7]。另外赤霉素（GA）也与植物的抗寒性有关，有研究人员综合研究ABA和GA对植物抗冻性的影响的大小，发现ABA/GA比值的高低在一定程度上决定了植物抗冷性的强弱[8]。
植物在自然生长过程中极易遭受到机械性损伤。植物受到机械性伤害时，会诱导植物体内发生许多的生理变化，其中包括局部损伤组织和未受伤的远距离组织[8]，损伤的地方发生能够局部生理反应和愈合基因的诱导，通过一些电子或者化学信号从伤口局部细胞引发植物全身其他远离伤口的细胞产生对损伤的响应[9]。这些变化包括植物外部形态的改变、细胞膜的破坏、光合能力的改变、损伤信号的传递、以及激活相关基因的表达等等[9]。机械损伤对植物光合作用的影响有两个主要的因素。首先损伤对叶片表面的机械伤害造成叶片可利用光合面积的减少，导致光合产物积累的降低[10]。另外，损伤还可将损伤信号传递至未损伤的部位，造成未损伤的叶片光合能力减弱[11]。张鹏翀等的研究说明，机械损伤后净光合速率下降主要是气孔性限制造成的[12]。机械损伤叶会对植物造成氧化胁迫，氧化胁迫产生的活性氧能与蛋白质、核酸和脂类发生作用引起DNA链断裂、蛋白质失活和降解、膜脂过氧化等现象，从而导致细胞结构和功能的破坏[13]。ABA在损伤信号的传递中也有重要作用。有研究人员发现，ABA合成缺陷的土豆和番茄对由机械损伤诱导的蛋白酶抑制剂II的mRNA的积累没有产生相应防御反应[14]，外源喷施的ABA可以诱导蛋白酶抑制剂II的mRNA的积累[15]。
众多研究表明，植物在经受某种逆境胁迫后，不仅可提高对这种逆境的抗性，同时还会增强对其他逆境的抵抗能力，即交叉适应[16]。植物对很多逆境都存在交叉适应现象。小麦属于耐低温作物，但低温的强度如果超过了小麦生长发育所能承受的范围，也会引起伤害。对于小麦机械损伤和低温之间是否存在交叉适应这个问题，还没有研究者进行相关试验。目前有关机械损伤的研究主要集中于昆虫对园林植物的破坏以及果蔬储存运输过程中的损伤，对于单子叶植物的机械损伤相关研究几乎没有。因此，本研究旨在探究苗期小麦中机械损伤与低温是否存在交叉适应及其生理生态机制。
1 材料与方法
试验设计
本试验在大学生命科学楼三楼大棚采用土壤盆栽。种子选用扬麦16，将其放入浓度为10%的H2O2溶液中浸泡30分钟，以打破休眠和进行表面消毒，浸泡结束后用蒸馏水清洗3次。将种子浸于蒸馏水中吸胀，吸胀后将种子均匀置于中转箱里，将中转箱置于培养箱中，培养条件为：无光照，温度为25℃，湿度为75%RH。约24小时后，种子吸胀露白。选取露白一致的种子摆入盆中，每盆4粒种子，腹沟朝下，再均匀覆盖厚约0.5cm的土。盆栽用土是将土壤与砂子以3:1的体积比混合，按每10Kg混合土含3g尿素，2g磷酸二氢钾的比例混入肥料。将正常条件下生长至9叶时的小麦植株按图设置如下4个处理：CC，叶片不进行机械损伤，植株置于培养箱常温生长；ML，在叶片第九叶（已全展）的叶中脉一侧进行机械损伤处理（采用平头镊子间隔0.3 cm轻按造成1个伤痕，每张叶片六个伤痕），分别于2 h和12 h后置于3?C低温处理6 h；MC，在叶脉一侧进行同样处理；CL，叶片不进行机械损伤，但进行低温处理。试验中，将基本靠近叶柄端命名为“basal”，损伤区域对侧为“local”，远离叶柄端的顶部称为“distal”(如下图)。
1.2 测定项目与方法
1.2.1光合系统参数
小麦叶片光合系统相关参数的测定用LI6400(LiCor Inc,美国)便携式光合作用测定系统进行测定。每时段低温处理结束后立即进行测定。测定条件要求在天气晴朗的上午9:0011:30之间进行试验操作。仪器使用开放式气路，设置CO2的浓度为380μmol/L，相对湿度为4060％。叶室选择红蓝光源的叶室，并设定仪器的光合有效辐射PAR为800μmol.m2.s1。测试时选取每个处理中生长状态相近，且受阳光正面照射的的损伤叶及损伤上下叶位叶片进行测定。每个试验组取三个重复。
1.2.2叶绿素荧光动力学参数测定
选择力高泰科技有限公司（ecotek）生产的叶绿素荧光成像系统（CFI technologica），按照仪器自定义测量程序（Potocol）测定相关指标。低温处理结束后立即进行测定。测定时先将镜头聚焦，再将未离体叶片均匀置于操作台上，按已设置的Potocol固定程序测定。Potocol具体设置步骤为：首先设定暗适应过程，关闭作用光；再设定F0，Fm测量过程，25分钟暗适应后打开闪光，仅测定一次；再设定光适应过程，打开光化光，光强设为1500μmol/m2.s1；最后设定F’，Fm’的测定过程， 20分钟光适应后打开闪光，选择“Auto pulse”；点击“Run/Stop”，执行Potocol。执行过程中可以关闭Potocol的设定窗口，并在Trace窗口中查看实时执行动态图。
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words2
引言2
1材料与方法4
1.1试验设计4
1.2测定项目与方法4
1.2.1光合系统参数4
1.2.2叶绿素荧光动力学参数测定4
1.2.3活性氧测定4
1.2.4膜脂过氧化反应测定5
1.2.5抗氧化酶活性测定5
1.2.6 ABA含量测定 5
1.2.7 NO 含量测定5
1.3数据分析5
2结果与分析5
3讨论14
致谢15
参考文献15
机械损伤对损伤叶不同区域低温抗性的影响及其生理机制
引言
引言
小麦是世界上种植面积较大、总产较高的农作物之一，全世界约有3540%的人口以小麦作为主要粮食[1]。我国小麦栽培区域分布地域辽阔，种植品种主要以冬小麦为主，面积和总产量分布占全国小麦的92%和94%，冬小麦种植区域主要在辽东、华北、新疆南部、陕西、长江流域各省及华南一带，秋季10～11月播种，翌年5～6月成熟，生育期长达180天左右[2]。近几年来，由于温室效应等因素的影响，极端天气的出现比以往更加频繁。我国南北区小麦在
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越冬和拔节期均遭遇频繁冻害，严重影响和制约了小麦的生长发育[3]。尤其在我国黄淮海麦区和长江中下游冬麦区，低温灾害是此地区主要的气象灾害之一，对小麦的生长发育和产量造成了严重影响。低温对光合作用的影响主要分为两个方面：一是低温能够直接影响光合系统的结构和活性；另一个是通过影响其它生理代谢过程来间接地影响光合作用。直接影响一般表现为对叶绿素含量、叶绿体类囊体膜、光系统I、光系统1I以及光化学反应和暗反应的酶系统等方面的伤害及抑制。科研人员通过研究不同抗寒性的冬小麦内源激素的变化规律，发现对冬小麦安全越冬起重要作用的内源激素是ABA[5]。大量研究结果表明，植物在遭遇不论何种逆境胁迫后，体内都迅速积累ABA[5]。比如在冬小麦、水稻、玉米、马铃薯、番茄等植物经过低温锻炼后，体内ABA均会大量增加[7]。另外赤霉素（GA）也与植物的抗寒性有关，有研究人员综合研究ABA和GA对植物抗冻性的影响的大小，发现ABA/GA比值的高低在一定程度上决定了植物抗冷性的强弱[8]。
植物在自然生长过程中极易遭受到机械性损伤。植物受到机械性伤害时，会诱导植物体内发生许多的生理变化，其中包括局部损伤组织和未受伤的远距离组织[8]，损伤的地方发生能够局部生理反应和愈合基因的诱导，通过一些电子或者化学信号从伤口局部细胞引发植物全身其他远离伤口的细胞产生对损伤的响应[9]。这些变化包括植物外部形态的改变、细胞膜的破坏、光合能力的改变、损伤信号的传递、以及激活相关基因的表达等等[9]。机械损伤对植物光合作用的影响有两个主要的因素。首先损伤对叶片表面的机械伤害造成叶片可利用光合面积的减少，导致光合产物积累的降低[10]。另外，损伤还可将损伤信号传递至未损伤的部位，造成未损伤的叶片光合能力减弱[11]。张鹏翀等的研究说明，机械损伤后净光合速率下降主要是气孔性限制造成的[12]。机械损伤叶会对植物造成氧化胁迫，氧化胁迫产生的活性氧能与蛋白质、核酸和脂类发生作用引起DNA链断裂、蛋白质失活和降解、膜脂过氧化等现象，从而导致细胞结构和功能的破坏[13]。ABA在损伤信号的传递中也有重要作用。有研究人员发现，ABA合成缺陷的土豆和番茄对由机械损伤诱导的蛋白酶抑制剂II的mRNA的积累没有产生相应防御反应[14]，外源喷施的ABA可以诱导蛋白酶抑制剂II的mRNA的积累[15]。
众多研究表明，植物在经受某种逆境胁迫后，不仅可提高对这种逆境的抗性，同时还会增强对其他逆境的抵抗能力，即交叉适应[16]。植物对很多逆境都存在交叉适应现象。小麦属于耐低温作物，但低温的强度如果超过了小麦生长发育所能承受的范围，也会引起伤害。对于小麦机械损伤和低温之间是否存在交叉适应这个问题，还没有研究者进行相关试验。目前有关机械损伤的研究主要集中于昆虫对园林植物的破坏以及果蔬储存运输过程中的损伤，对于单子叶植物的机械损伤相关研究几乎没有。因此，本研究旨在探究苗期小麦中机械损伤与低温是否存在交叉适应及其生理生态机制。
1 材料与方法
试验设计
本试验在大学生命科学楼三楼大棚采用土壤盆栽。种子选用扬麦16，将其放入浓度为10%的H2O2溶液中浸泡30分钟，以打破休眠和进行表面消毒，浸泡结束后用蒸馏水清洗3次。将种子浸于蒸馏水中吸胀，吸胀后将种子均匀置于中转箱里，将中转箱置于培养箱中，培养条件为：无光照，温度为25℃，湿度为75%RH。约24小时后，种子吸胀露白。选取露白一致的种子摆入盆中，每盆4粒种子，腹沟朝下，再均匀覆盖厚约0.5cm的土。盆栽用土是将土壤与砂子以3:1的体积比混合，按每10Kg混合土含3g尿素，2g磷酸二氢钾的比例混入肥料。将正常条件下生长至9叶时的小麦植株按图设置如下4个处理：CC，叶片不进行机械损伤，植株置于培养箱常温生长；ML，在叶片第九叶（已全展）的叶中脉一侧进行机械损伤处理（采用平头镊子间隔0.3 cm轻按造成1个伤痕，每张叶片六个伤痕），分别于2 h和12 h后置于3?C低温处理6 h；MC，在叶脉一侧进行同样处理；CL，叶片不进行机械损伤，但进行低温处理。试验中，将基本靠近叶柄端命名为“basal”，损伤区域对侧为“local”，远离叶柄端的顶部称为“distal”(如下图)。
1.2 测定项目与方法
1.2.1光合系统参数
小麦叶片光合系统相关参数的测定用LI6400(LiCor Inc,美国)便携式光合作用测定系统进行测定。每时段低温处理结束后立即进行测定。测定条件要求在天气晴朗的上午9:0011:30之间进行试验操作。仪器使用开放式气路，设置CO2的浓度为380μmol/L，相对湿度为4060％。叶室选择红蓝光源的叶室，并设定仪器的光合有效辐射PAR为800μmol.m2.s1。测试时选取每个处理中生长状态相近，且受阳光正面照射的的损伤叶及损伤上下叶位叶片进行测定。每个试验组取三个重复。
1.2.2叶绿素荧光动力学参数测定
选择力高泰科技有限公司（ecotek）生产的叶绿素荧光成像系统（CFI technologica），按照仪器自定义测量程序（Potocol）测定相关指标。低温处理结束后立即进行测定。测定时先将镜头聚焦，再将未离体叶片均匀置于操作台上，按已设置的Potocol固定程序测定。Potocol具体设置步骤为：首先设定暗适应过程，关闭作用光；再设定F0，Fm测量过程，25分钟暗适应后打开闪光，仅测定一次；再设定光适应过程，打开光化光，光强设为1500μmol/m2.s1；最后设定F’，Fm’的测定过程， 20分钟光适应后打开闪光，选择“Auto pulse”；点击“Run/Stop”，执行Potocol。执行过程中可以关闭Potocol的设定窗口，并在Trace窗口中查看实时执行动态图。
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