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白菜型冬油菜是我国西北寒旱区主要的油料生态作物,但该地区冬季酷寒干燥,极端低温天气频发,使其不能安全越冬。本研究以超强抗寒冬油菜(陇油6号、陇油7号)、强抗寒品种(陇油8号、陇油9号)和耐寒品种(天油4号、天油7号)为试材,利用植物生理生化手段和分子生物学技术(基因克隆、实时荧光定量PCR)分析冬油菜冬前光合特性和越冬期根部生理生化对低温的响应;并克隆和实时荧光定量PCR检测抗氧化酶基因,分析其在低温胁迫下的表达变化。将生理生化与分子生物学研究结果相结合,揭示白菜型冬油菜抗寒机制,为冬油菜抗寒品种选育提供理论依据。主要结果如下:1.冬前低温胁迫后,气孔导度(Gs)、光合速率(Pn)、气孔限制值(Ls)、蒸腾速率(Tr)、羧化效率(CE)、光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)均下降,而胞间二氧化碳浓度(Ci)和胞间二氧化碳浓度/大气中二氧化碳浓度(Ci/Ca)上升,冬油菜Pn下降主要由非气孔限制所致。Pn、Gs、LUE和CE在品种间均表现为:耐寒品种(天油4号、天油7号)>抗寒品种(陇油9号)>强抗寒品种(陇油8号)>超强抗寒品种(陇油6号、陇油7号);Ci和Ci/Ca的升幅为:超强抗寒品种>强抗寒品种>抗寒品种>耐寒品种;WUE在品种间存在较大差异。2.冬油菜Pn日变化呈不规则的“单峰”曲线,光合进程平稳,Pn在12:00-14:00时达到峰值;Tr、CE和Ls日变化呈“单峰”曲线;LUE日变化呈“V”型曲线;Ci和Gs在品种间存在较大差异。3.低温胁迫后,冬油菜PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在光化学活性(Fv/Fo)和PSⅡ的电子传递(Fm/Fo)明显下降,超强抗寒品种降幅最大、光抑制最强;冬油菜初始荧光产量(Fo)和最大荧光产量(Fm)呈“下降-上升-下降”的变化;稳态荧光产量(Fs)、光适应下最大荧光(Fm’)、PSⅡ实际光化学效率(φPSⅡ)和PSII电子传递速率(ETR)均下降,超强抗寒品种降幅最大;非光化学淬灭(NPQ)升高,而耐寒品种(天油4号、天油7号)的升幅最小。4.低温使冬油菜叶绿素荧光启动过程中各参数发生明显变化,超强抗寒品种启动最快,PSⅡ电子传递活性最强,光抑制程度最小,而耐寒品种热耗散最大。5.低温胁迫后,超强抗寒和强抗寒品种根部MDA含量呈“上升-下降”的趋势,SS含量为“上升-下降-上升”趋势,SP含量下降,超强抗寒品种根部MDA含量最低,SS和SP含量均为超强抗寒品种(陇油6号、陇油7号)>抗寒品种(陇油8号、陇油9号)>耐寒品种(天油4号、天油7号)。6.低温胁迫后,冬油菜根部T-SOD、Cu/Zn-SOD、CAT、APX和GR活性增强,而POD活性减弱,超强抗寒品种中的各种酶活性最强,T-AOC能力为超强抗寒品种(陇油6号、陇油7号)>抗寒品种(陇油8号、陇油9号)>耐寒品种(天油4号、天油7号)。7.主成分分析表明Pn和CE是反映白菜型冬油菜低温响应的主要因素,CE和WUE是反映冬油菜光合日变化的主要指标;暗适应下的Fv/Fm、Fv/Fo和Fm/Fo与光适应下的φPSⅡ和Fs是冬油菜叶绿素荧光响应低温的主要指标;Fs和φPSII是影响冬油菜叶绿素荧光启动的主要指标;APX、Cu/Zn-SOD和GR活性是影响冬油菜根部抗寒能力的主要因素;超强抗寒品种光合能力和叶绿素荧光参数低温响应最弱,但叶绿素荧光启动和根部抗寒能力综合评价为:超强抗寒品种(陇油6号、陇油7号)>抗寒品种(陇油8号、陇油9号)>耐寒品种(天油4号、天油7号)。8.从陇油7号中克隆到APX、Cu/Zn-SOD和Fe-SOD,实时荧光定量PCR分析为,低温下APX和Cu/Zn-SOD的表达量和酶活性均提高,且超强抗寒品种高于耐寒品种,APX和Cu/Zn-SOD是低温诱导表达基因;Fe-SOD半定量和相对定量分析,在4℃时,Fe-SOD上调表达,在-4℃和-8℃时,其表达量急剧下降,且耐寒品种的表达量高于超强抗寒性品种;根部总SOD酶活性高于叶片,超强抗寒品种总SOD高于耐寒品种。