1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0038罗奔，陆忠杰，唐丽，王昭懿，杨丰，王松，董瑞.冷驯化对箭筈豌豆低温胁迫的影响.草业科学,2023,40(1):124-132.LUOB,LUZJ,TANGL,WANGZY,YANGF,WANGS,DONGR.Effectofcoldacclimationonlow-temperaturestressinViciasativa.PrataculturalScience,2023,40(1):124-132.冷驯化对箭筈豌豆低温胁迫的影响罗奔1，陆忠杰1，唐丽2，王昭懿1，杨丰3，王松3，董瑞1（1.贵州大学动物科学学院
2、,贵州贵阳550025；2.海南大学热带作物学院,海南海口570228；3.贵州省草地技术试验推广站,贵州贵阳550025）摘要：为了探究不同耐冷性箭筈豌豆(Vicia sativa)对冷驯化的生理及分子响应机制，以兰箭 1 号(冷敏感型)和兰箭3 号(冷耐受型)为试验材料，采用人工气候箱模拟低温的方法，对 1 周龄箭筈豌豆幼苗依次进行不同时间的 4 冷胁迫及 10 冷驯化，探讨了冷驯化对箭筈豌豆幼苗叶绿素荧光、抗氧化特性及冷响应相关基因表达量的影响。结果表明：冷处理后，箭筈豌豆幼苗的叶片叶绿素荧光值有所降低；兰箭 1 号的丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、超氧化物歧化酶(SOD)含量和 L
3、CHA5 基因表达量均高于正常对照组，且 SS 含量、AHP1、LCHA5、IAA14 和 FNR 基因表达量均显著高于冷处理组(P0.05)；冷驯化处理后，兰箭 3 号的 MDA、SOD 和过氧化物酶含量(CAT)均高于正常对照组，且 MDA、CAT、AHP1、LCHA5、IAA14 和 FNR 基因表达量均显著高于冷处理组(P0.05)。其中，冷驯化后，兰箭 3 号叶绿素荧光 Fv/Fm值显著(P0.05)高于兰箭 1 号；MDA、SOD 和 CAT 含量也显著(P0.05)高于兰箭 1 号；IAA14 和 FNR 基因表达量也高于兰箭 1 号。兰箭 3 号在冷驯化环节表现出较好的渗透调节
4、能力，维持较高的抗氧化酶活性和冷响应基因表达量，研究结果揭示了冷驯化对箭筈豌豆的生理机制特性的影响。关键词：箭筈豌豆；冷驯化；冷胁迫；生理特性；叶绿素荧光；基因表达文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0124-09Effect of cold acclimation on low-temperature stress in Vicia sativaLUOBen1,LUZhongjie1,TANGLi2,WANGZhaoyi1,YANGFeng3,WANGSong3,DONGRui1(1.CollegeofAnimalScience,GuizhouUniversity,G
5、uiyang550025,Guizhou,China;2.CollegeofTropicalCrops,HainanUniversity,Haikou570228,Hainan,China;3.GuizhouGrasslandTechnologyTestandExtensionStation,Guiyang550025,Guizhou,China)Abstract:Toexplorethephysiologicalandmolecularresponsemechanismsofcommonvetch(Vicia sativa)withdifferentcoldtolerancestocolda
6、cclimation,LanjianNo.1(coldsensitive)andLanjianNo.3(cold-tolerant)strainswereusedasexperimentalmaterials.Lowtemperaturesweresimulatedusinganartificialclimatemachine,andone-week-oldcommonvetchseedlingsweresubjectedto4coldstressand10coldacclimationsatdifferenttimesinaturn.Theeffectsofcoldacclimationon
7、chlorophyllfluorescence,antioxidantproperties,andcoldresponse-relatedgeneexpressionofcommonvetchseedlingswereinvestigated.Theresultsshowedthat,aftercoldtreatment,thechlorophyllfluorescenceoftheseedlingleavesofcommonvetchdecreased.Theamountsofmalondialdehyde(MDA),solublesugar(SS),andsuperoxidedismuta
8、se(SOD)andLCHA5geneexpressioninLanjianNo.1werehigherthanthoseinthecontrolgroup;andtheSS,AHP1,LCHA5,IAA14,andFNRgeneexpressionsweresignificantly(P0.05)higherthanthoseinthecoldtreatmentgroup.Theamounts收稿日期：2022-01-15接受日期：2022-04-29基金项目：贵州省科技支撑计划项目(黔科合支撑 20201Y074 号)；国家自然科学基金(32060392)第一作者：罗奔(1997-)，男，
9、贵州安顺人，在读硕士生，研究方向为草种资源与育种。E-mail:通信作者：董瑞(1983-)，男，甘肃华亭人，副教授，博士，研究方向为草种资源评价与育种。E-mail:124-132草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/ofMDA,SOD,andperoxidaseinLanjianNo.3werehigherthanthoseinthecontrolgroup,andthegeneexpressionsofMDA,CAT,AHP1,LCHA5,IAA14,andFNRweresignificantlyhigherthant
10、hoseinthecoldtreatmentgroup(P0.05).Aftercoldacclimation,thechlorophyllfluorescenceFv/FmvalueofLanjianNo.3wassignificantlyhigherthanthatofLanjianNo.1(P0.05);theamountsofMDA,SOD,andCATofLanjianNo.3werealsosignificantlyhigherthanthoseofLanjianNo.1(P0.05).IAA14andFNRgeneexpressionswerealsohigherinLanjia
11、nNo.3thaninLanjianNo.1.Inconclusion,LanjianNo.3showedgoodosmoticregulationabilityduringcoldacclimation,maintaininghighantioxidantenzymeactivityandcold-responsivegeneexpression.Theeffectsofcoldacclimationonphysiologicalcharacteristicswererevealed,providingvaluableinformationregardingtheanti-coldmecha
12、nismofcommonvetch.Keywords:Vicia sativa;coldacclimation;coldstress;physiologicalproperties;chlorophyllfluorescence;geneexpressionCorresponding author:DONGRuiE-mail:箭筈豌豆(Vicia sativa)是重要的一年生自花授粉豆科牧草，常被用作青饲、干草、绿肥等，也可用于生产甲烷生物燃料和保健食品1-3，在中国、中亚、南美等地区广泛种植4。优异的耐寒性和较高的经济价值，使其成为高寒牧区的重要豆科饲草。低温是高寒牧区植物生长的重要环境胁迫
13、因子之一，严重影响作物产量，威胁农牧业生产安全5。箭筈豌豆受到低温胁迫后体内防御活性氧的酶促和非酶促保护系统能力下降，细胞内自由基水平升高，加剧了膜脂过氧化作用，引起质膜损伤，最终形成低温伤害6。植物经过冷驯化后丙二醛含量降低，可溶性糖含量、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等酶活性能够得到提升，从而提高植物的抗冻性7-10。未进行低温驯化的拟南芥(Arabidopsis thaliana)植株叶片在 5 下暴露于强光会导致光系统(PS)和光系统(PS)光化学效率降低 45%和 35%，而经过冷驯化(CA)叶片的 PS和 PS光化学效率仅分别减少 35%和 22%11。植物经过冷驯化后能够较好的适应寒
14、冷环境，提高存活率，如黑麦(Secalecereale)12、北美杜鹃(Rhododendron canadense)13、小麦(Triticum aestivum)14、西番莲(Passiflora edulis)15等研究。目前，冷驯化机制的研究主要集中于模式植物拟南芥及谷物类粮食作物，对箭筈豌豆冷驯化的研究鲜有报道。本研究选用箭筈豌豆品种兰箭1 号和兰箭3 号，对不同冷驯化温度、不同驯化时间下箭筈豌豆幼苗叶片叶绿素荧光、抗氧化酶活性、渗透调节物质变化及冷响应基因表达情况进行研究，探究利用冷驯化提高箭筈豌豆抗低温能力的可行性，以期为高寒牧区箭筈豌豆抗寒品种选育提供基础数据。1 材料和方法
15、1.1 植物材料供试材料为箭筈豌豆栽培品种兰箭 1 号和兰箭 3 号，由兰州大学草地农业科技学院提供。1.2 试验设计试验于贵州大学西校区动物科学学院进行，采用水培法。于 2019 年 12 月将箭筈豌豆种子用 1.0%(VV)次氯酸钠表面消毒 5min，蒸馏水冲洗 5 遍，置于人工气候箱 25 避光萌发 3d，挑选发芽一致种子在半浓度的霍格兰营养液(1/2Hoaglands，pH6.0)中水培，光照条件为 16h/8h(光/暗)，相对湿度 70%，处理期间每 2d 换 1 次营养液。待幼苗生长 1 周后，将长势一致的植株统一NA 处理 1 周备用，备用植株一部分置于 4 进行 6h的 CS
16、处理并采样，另一部分 NA 处理后直接依次连续进行 10 下持续 7d 的 CA 处理，4 下持续 6h的CAS 处理，4 下持续7d 的FA 处理和25/20(白天/夜晚)下持续 7d 的 DA 处理，所有处理均为16h/8h(白天/夜晚)，具体处理条件如表 1 所列，在每个处理结束后立即取样。每次处理后，收集紧邻顶芽的第二叶和向下的第三叶，并立即在液氮中冷冻，接着储存在80 保存备用。每个处理设置 3 个重复，每个重复 60 个单株。1.3 叶绿素荧光Fv/Fm测定兰箭 1 号和兰箭 3 号对照组 NA 置于 25 下3 周。处理组置于 NA 组 1 周后进行 CA 处理 1 周，再置于 FA 处理 1 周。测定 NA 组和 FA 组叶绿素荧光 Fv/Fm值16(叶绿素荧光成像仪，捷克 PSI/PSI，型第1期罗奔等：冷驯化对箭筈豌豆低温胁迫的影响125http:/号：FluorCam)。1.4 生理指标测定丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸比色法测定17，可溶性糖(SS)含量采用蒽酮比色法测定17，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑法测定17，过氧化氢酶(CAT)活性采用
