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植物生长发育过程中,温度对其生长、生殖和分布起着关键的作用。竹子作为世界上生长最迅速的植物品种之一,既可以防止土壤沙化、水土流失,在维持生态稳定性方面发挥重大作用,也应用于建筑、家具、食品和保健等方面,具有较高的经济价值。然而,低温一直是制约竹子生长发育和地理分布的关键因子。本文以慈竹(Neosinocalamus affinis)和杂交竹(Bambusa pervariabilis×Dendrocalamopsis grandis)为材料,模拟竹子在四川成都平原及其丘陵地区可能遭受到的最低气温,来研究低温对竹子亚细胞结构和生理生化的影响,以及抗性相关基因对低温胁迫的动态响应,探讨慈竹的抗寒机制,为竹类的抗寒育种奠定一定的理论基础。本试验主要研究结果如下:(1)低温处理后慈竹和杂交竹叶片的亚显微结构发生了明显的变化,主要表现在叶绿体溶解变形、颜色变深并扩散于整个细胞中;细胞壁扭曲变形,产生细胞间隙;淀粉粒变小并且数量减少;大量的脂质小球出现在细胞中。电镜观察发现慈竹比杂交竹淀粉粒更大更多,低温下慈竹通过加速淀粉粒的水解来降低细胞水势,防止细胞失水。该水解机制是慈竹维持细胞稳定,增强低温耐受性的机制之一。(2)低温胁迫下慈竹和杂交竹叶片叶绿素含量降低;可溶性糖、游离脯氨酸、丙二醛含量以及电导率显著升高;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著上升。在相同低温下,慈竹游离脯氨酸、可溶性糖、叶绿素含量、SOD、POD和CAT活性显著高于杂交竹;而丙二醛含量以及电导率显著低于杂交竹;慈竹细胞内的叶绿体与脂质小球含量明显高于杂交竹。由此可以得出结论:慈竹在低温条件下通过生理机能和细胞结构的改变主动适应低温环境,提高其耐寒性;慈竹抗寒性强于杂交竹。(3)成功克隆得到慈竹FAD、Mn-SOD、Cu/Zn-SOD和ACT四个基因序列:包括FAD、Mn-SOD、ACT基因的部分编码区和Cu/Zn-SOD基因的完整编码区,其长度分别为633bp、503bp、459bp、和756bp。通过定量PCR检测,低温下慈竹FAD、Mn-SOD和Cu/Zn-SOD基因均呈现出不同程度的上调表达。(4)在低温胁迫下Mn-SOD和Cu/Zn-SOD基因的表达图谱相似,二者的表达量无显著的规律变化,是由于SOD基因的表达同时受到低温诱导的影响和抗氧化系统中SOD、CAT、POD三大抗氧化酶的互作影响。(5)FAD基因在低温胁迫下呈明显的过表达,并且其表达量随着温度降低而显著增加,经分析和讨论,可推测FAD基因的过表达在慈竹的抗寒机制中发挥着一定的作用。(6)该试验中电镜观察和生理研究结果表明:与杂交竹相比,慈竹对低温具有更强的耐受性或抗性。通过定量PCR分析,确定了 FAD、Mn-SOD和Cu/Zn-SOD均是慈竹的低温响应基因,并推测FAD基因的过表达在慈竹抗寒机制中发挥着一定作用。该试验鉴定出了慈竹抗寒性相关基因,为竹子的抗性分子育种提供了重要资源。