方 彥 孫萬(wàn)倉(cāng),* 武軍艷 劉自剛 董 云,3 米 超 馬 驪 陳 奇 何輝立

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北方白菜型冬油菜的膜脂脂肪酸組分和ATPase活性對(duì)溫度的響應(yīng)

方 彥1,2孫萬(wàn)倉(cāng)1,2,*武軍艷2劉自剛2董 云2,3米 超2馬 驪2陳 奇2何輝立2

1甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州 730070;2甘肅省油菜工程技術(shù)研究中心, 甘肅蘭州 730070;3甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所, 甘肅蘭州 730070

為了解北方白菜型冬油菜膜脂脂肪酸和ATPase活性與抗寒性的關(guān)系, 以抗寒性強(qiáng)的冬油菜品種隴油7號(hào)和抗寒性弱的品種天油2號(hào)為材料, 研究了不同溫度處理(25°C、10°C、2°C、–5°C)后葉片和根系膜脂脂肪酸組分和ATPase酶活性的變化。結(jié)果表明, 低溫脅迫下2個(gè)冬油菜品種葉片和根系膜脂脂肪酸組分相同, 葉片中不飽和脂肪酸以亞麻酸為主, 根系不飽和脂肪酸以亞油酸為主。隨處理溫度的降低, 2個(gè)冬油菜品種葉片不飽和脂肪酸含量呈先降低(10°C, 2°C)后增加(–5°C)的趨勢(shì); 隴油7號(hào)根中不飽和脂肪酸含量逐步增加, 天油2號(hào)則逐步降低; 在低溫條件下(2°C, –5°C), 隴油7號(hào)膜脂U/S比值、IUFA值高于天油2號(hào); ATPase活性表現(xiàn)為隴油7號(hào)逐漸高于天油2號(hào)。說(shuō)明2個(gè)冬油菜品種的膜脂在低溫響應(yīng)上存在一定差異, 低溫下不飽和脂肪酸含量和ATPase活性的提高是強(qiáng)抗寒冬油菜品種在北方旱寒區(qū)嚴(yán)酷環(huán)境條件下能安全越冬的重要原因。

冬油菜; 脂肪酸; ATP酶活性; 抗寒性

植物細(xì)胞膜是細(xì)胞與外界環(huán)境聯(lián)系的直接界面, 對(duì)環(huán)境變化極為敏感[1], 受到低溫刺激時(shí)膜脂的組成、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等會(huì)發(fā)生改變[2-3]。當(dāng)達(dá)到一定的溫度條件時(shí), 膜脂由流動(dòng)液相轉(zhuǎn)變?yōu)槟痰木w固相[4-6], 由此引起膜透性增大, 細(xì)胞液外滲, 破壞細(xì)胞膜內(nèi)外的酸堿平衡, 最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[7-8]。抗寒鍛煉能提高植物的抗寒性, 抗寒鍛煉中, 生物膜自身能夠隨環(huán)境溫度的變化對(duì)膜脂的不飽和度進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整[9], 各膜脂成分的相對(duì)含量及其脂肪酸組成發(fā)生改變[10-12]。已有研究表明[13], 膜脂不飽和度的增加有利于維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性, 使植物耐冷性提高。王萍等[14]研究表明脂肪酸不飽和度能夠反映水稻品種對(duì)低溫的適應(yīng)性, 與其抗冷性一致。王洪春等[4]研究表明, 水稻種子干胚膜脂的脂肪酸不飽和度受胚形成期溫度的影響, 抗冷水稻品種的脂肪酸不飽和指數(shù)高于冷敏感品種。王金勝等[15]研究證明溫度變化能影響玉米幼苗線粒體膜脂脂肪酸的組成, 品種耐冷性越強(qiáng), 脂肪酸不飽和指數(shù)越大。膜脂的流動(dòng)性與膜結(jié)合酶密切相關(guān)[16]。植物在遭受低溫凍害時(shí), 細(xì)胞膜的離子主動(dòng)運(yùn)輸體系是損傷的最直接部位, ATPase具有致電泵的作用, 在離子轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用[17]。ATP依賴的離子類型有Ca2+/Mg2+-ATPase和K+/Na+-ATPase[18]。膜脂肪酸組成會(huì)影響膜結(jié)合酶活力[19], 膜結(jié)合酶活性的大小能夠作為抗冷性強(qiáng)弱評(píng)估的指標(biāo)[20]。劉煒[21]對(duì)低溫下不同抗寒性小麥品種細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)平衡能力研究結(jié)果表明, 低溫下質(zhì)膜Ca2+-ATPase的活性大小及其穩(wěn)定性是決定植物抗寒能力的關(guān)鍵因素。王紅等[22]指出抗寒鍛煉能使小麥幼苗在低溫下保持較高的Ca2+-ATPase活性。王精明等[23]研究表明, 低溫鍛煉能提高冷脅迫下水稻幼苗質(zhì)膜和液泡膜Mg2+- ATPase活性。

北方旱寒區(qū)環(huán)境嚴(yán)酷, 寒冬漫長(zhǎng), 極端低溫低, 國(guó)內(nèi)外引入的冬油菜抗寒品種種植在該區(qū)均難以越冬, 只有強(qiáng)冬性白菜型冬油菜適宜在該區(qū)種植[24]。研究表明[25], 秋末和初冬的低溫鍛煉能夠誘導(dǎo)越冬植物產(chǎn)生耐寒性, 以適應(yīng)越冬期間的低溫。在這個(gè)適應(yīng)的過(guò)程中, 植物體內(nèi)發(fā)生一系列的生理生化變化, 包括細(xì)胞膜系統(tǒng)的變化、與植物抗寒性密切相關(guān)的抗氧化酶系統(tǒng)的變化等, 這些生理生化的變化是評(píng)定植物抗寒性的主要指標(biāo)。本課題組前期曾對(duì)低溫條件下冬油菜電導(dǎo)率、丙二醛、過(guò)氧化物酶類等膜脂穩(wěn)定性相關(guān)指標(biāo)分析比較[26-28]。目前未見有關(guān)冬油菜細(xì)胞膜脂脂肪酸組分和ATP酶活性在低溫脅迫下與抗寒性關(guān)系的報(bào)道。本文研究了2個(gè)抗寒性不同的冬油菜品種膜脂脂肪酸組成及ATP酶活性在不同溫度下的變化, 以期探討北方白菜型冬油菜對(duì)氣溫變化的膜脂響應(yīng), 為闡明北方白菜型冬油菜的抗寒機(jī)理和抗寒性的早期鑒定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

強(qiáng)抗寒性白菜型冬油菜品種隴油7號(hào), 在我國(guó)北方寒區(qū)越冬率在80%以上; 弱抗寒性品種天油2號(hào), 越冬率40%~80%[24]。種子由甘肅省油菜工程技術(shù)研究中心提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn), 將種子播于營(yíng)養(yǎng)缽, 置人工氣候箱培養(yǎng)。待幼苗長(zhǎng)至5~6片真葉時(shí)放入溫度試驗(yàn)箱, 于25°C (CK)、10°C、2°C和–5°C處理, 72 h后分別取葉片和根, 一部分用液氮迅速冷凍后, 錫紙包裹放入–80°C超低溫冰柜用于ATP酶活性測(cè)定, 一部分105°C 5 min鈍化脂酶, 剪碎混勻, 用于膜脂提取。設(shè)3次重復(fù)試驗(yàn)。

1.3 膜脂提取

參照文獻(xiàn)[29]方法并改進(jìn)提取膜脂。稱取高溫?zé)釟⑩g化脂酶的混勻樣品100 mg, 研磨后移入15 mL離心管, 加5%鹽酸甲醇溶液2 mL, 氯仿甲醇溶液(體積比1∶1) 3 mL, 100 μL十九烷酸甲酯內(nèi)標(biāo), 置85°C水浴鍋中1 h, 待溫度降到室溫后在離心管中加入1 mL正己烷, 振蕩萃取 2 min, 靜置1 h等待分層。取上層清液100 μL, 用正己烷定容到1 mL, 0.45 μm濾膜過(guò)濾后上機(jī)測(cè)試。

1.4 膜脂中脂肪酸成分分析

采用ThermoFisher Trace 1310 ISQ氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析脂肪酸成分, 柱溫為: 80°C保持1 min, 以10°C min–1的速率升溫至200°C, 繼續(xù)以5°C min–1的速率升溫至250°C, 最后以2°C min–1的速率升到270°C, 保持3 min, 進(jìn)樣口溫度為290°C, 采取不分流進(jìn)樣, 重復(fù)3次。根據(jù)樣品保留時(shí)間定性分析, 確定樣品中脂肪酸的種類, 然后按照峰面積歸一法計(jì)算求得各脂肪酸在總脂肪酸中的相對(duì)含量, 并計(jì)算不飽和脂肪酸含量/飽和脂肪酸含量(U/S)與膜脂脂肪酸不飽和指數(shù)(IUFA)。

U/S=[(16:1)+(18:2)+(18:3)]/[(14:0)+(15:0)+(16:0) +(17:0)+(18:0)]

IUFA=[(16:1)+(18:2)×2 + (18:3)×3]×100%

式中, 小括號(hào)中的數(shù)值代表不同的脂肪酸種類, 16:1為棕櫚油酸, 18:2為亞油酸, 18:3為亞麻酸, 14:0為肉豆蔻酸, 15:0為十五烷酸, 16:0為棕櫚酸, 17:0為十七烷酸, 18:0為硬脂酸。

1.5 Ca2+/Mg2+-ATPase和K+/Na+-ATPase活性的測(cè)定

將冷凍樣品在預(yù)冷的0.05 mol L–1Tris-HCl, pH 7.4磷酸鹽緩沖液(PBS)中漂洗, 以濾紙拭干后準(zhǔn)確稱取0.5 g, 放入5 mL勻漿管, 以1∶4 (g mL–1)加入預(yù)冷的勻漿介質(zhì)PBS冰浴充分研碎, 制成20%的勻漿液, 以13 000×4°C冷凍離心15 min, 重復(fù)此步驟2次, 取上清液備用。采用南京建成生物研究所生產(chǎn)的ATPase試劑盒按其說(shuō)明測(cè)定ATPase活性。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007處理圖形, 用SPSS 19軟件統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度環(huán)境下冬油菜葉片形態(tài)的變化

當(dāng)溫度在零度以上時(shí), 2個(gè)冬油菜品種均生長(zhǎng)正常, 葉片深綠色, 沒(méi)有受凍害的癥狀; 但在–5°C處理后, 表現(xiàn)出不同的受害癥狀, 隴油7號(hào)受害較輕, 僅表現(xiàn)出葉色變淺、下部葉片葉尖、葉緣卷曲等較輕微受害癥狀, 而天油2號(hào)出現(xiàn)嚴(yán)重受凍害癥狀, 葉緣呈水漬狀凍斑(圖1)。

圖1 不同溫度處理后冬油菜幼苗形態(tài)的變化

2.2 不同溫度處理下冬油菜膜脂脂肪酸成分分析

不同溫度處理下冬油菜葉片和根系膜脂脂肪酸組分相同(表1), 主要有十五烷酸(C15:0)、棕櫚酸(16:0)、硬脂酸(18:0)、亞油酸(18:2)和亞麻酸(18:3), 約占總脂肪酸的95%~99%, 還有少量的肉豆蔻酸(C14:0)、十七烷酸(C17:0)和棕櫚油酸(C16:1), 占1%~5%。說(shuō)明十五烷酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞油酸、亞麻酸5種脂肪酸在冬油菜膜脂的組成上以及膜對(duì)外界溫度發(fā)生變化時(shí)適應(yīng)性方面比其他脂肪酸發(fā)揮著更為重要的作用。其中葉片中不飽和脂肪酸以亞麻酸為主, 約占總脂肪酸含量的14.33%~ 29.64%; 根系不飽和脂肪酸主要為亞油酸, 約占總脂肪酸含量的11.55%~16.20%。葉片和根系飽和脂肪酸均以棕櫚酸為主, 約占總脂肪酸含量的36.69%~69.77%。

表1 不同溫度處理下冬油菜脂肪酸組分及其相對(duì)含量

2.3 不同溫度環(huán)境下冬油菜膜脂脂肪酸成分含量的變化

2.3.1 飽和脂肪酸含量的變化 由表2可以看出, 隨著處理溫度的降低, 2個(gè)冬油菜品種根和葉片中十五烷酸含量逐漸降低, 棕櫚酸含量逐漸增加, 葉片中硬脂酸含量先上升后下降, 根中硬脂酸呈逐漸降低趨勢(shì)。同一溫度處理下, 根系飽和脂肪酸含量高于葉片。當(dāng)溫度較高時(shí)(25°C、10°C) 2個(gè)品種根系和葉片中飽和脂肪酸含量相差不大, 但在低溫(–5°C)處理下, 天油2號(hào)葉片和根系膜脂飽和脂肪酸相對(duì)含量均高于隴油7號(hào)。

表2 不同溫度下冬油菜葉片和根系飽和脂肪酸含量

表中小寫字母表示2個(gè)品種同一部位的同一種脂肪酸含量在不同溫度間的差異顯著性(<0.05)。

Different small letters in the table show significant difference at the 0.05 level between the same position of Longyou 7 and Tianyou 2 of same fatty acids under different temperatures.

2.3.2 不飽和脂肪酸含量的變化 隨著溫度降低, 2個(gè)冬油菜品種葉片中亞油酸含量逐漸降低(表3), 亞麻酸含量逐漸上升。根系亞油酸含量, 在處理溫度大于0°C時(shí)逐步增加, 溫度低于0°C時(shí)顯著降低, 天油2號(hào)降低幅度大于隴油7號(hào); 降溫過(guò)程中, 隴油7號(hào)根系亞麻酸含量逐漸上升, 天油2號(hào)呈逐漸降低趨勢(shì)。溫度小于0°C時(shí), 隴油7號(hào)根系不飽和脂肪酸含量顯著高于天油2號(hào)。

表3 不同溫度下冬油菜葉片和根系不飽和脂肪酸含量

表中小寫字母表示2個(gè)品種同一部位的同一種脂肪酸含量在不同溫度間的差異顯著性(<0.05)。

Different small letters in the table show significant difference at the 0.05 level between the same position of Longyou 7 and Tianyou 2 of same fatty acids under different temperatures.

2.3.3 不同溫度環(huán)境下冬油菜脂肪酸不飽和程度的變化 由圖2可知, 隨溫度的下降, 2個(gè)冬油菜品種葉片中的U/S比值呈先下降后增加的趨勢(shì)。隴油7號(hào)葉片的U/S比值始終高于天油2號(hào); 品種的根系U/S比值表現(xiàn)出較大變化, 隨溫度的下降, 隴油7號(hào)逐漸增加, 而天油2號(hào)在溫度較高時(shí)(25°C、10°C)基本沒(méi)有變化, 當(dāng)溫度降低到2°C時(shí)急劇下降; 降溫過(guò)程中, 隴油7號(hào)根系U/S比值逐漸高于天油2號(hào), 說(shuō)明在降溫過(guò)程中, 隴油7號(hào)葉片和根系能夠通過(guò)調(diào)整脂肪酸相對(duì)含量, 積累相對(duì)較多的不飽和脂肪酸適應(yīng)降溫對(duì)其造成的傷害, 而天油2號(hào)根系在低溫條件下不飽和脂肪酸合成受阻。

隨著溫度的降低, 2個(gè)品種IUFA值均呈逐步上升的趨勢(shì)。溫度較高時(shí)(25°C、10°C), 2個(gè)品種IUFA值間差異不顯著; 低溫條件下(2°C)時(shí), 兩品種間IUFA值差異明顯; 脅迫溫度小于0°C時(shí), 隴油7號(hào)IUFA值顯著高于天油2號(hào)(圖3)。

圖2 不同溫度下冬油菜U/S比值的變化

L7: 隴油7號(hào); T2: 天油2號(hào)。L7: Longyou 7; T2: Tianyou 2.

圖3 不同溫度下冬油菜IUFA的變化

柱形圖上不同字母表示2個(gè)品種在處理間存在顯著性差異(< 0.05)。

Different letters above the bar mean significant difference between Longyou 7 (L7) and Tianyou 2 (T2) (< 0.05).

2.4 溫度對(duì)冬油菜ATPase活性的影響

2.4.1 溫度對(duì)冬油菜Ca2+/Mg2+-ATPase活性的影響

葉片與根中Ca2+/Mg2+-ATPase活性變化不同(圖4和圖5)。隨著溫度的降低, 葉片中Ca2+/Mg2+- ATPase活性由高到低, 而根中則是由低到高。在溫度較高時(shí)(25°C、10°C), 葉片中的Ca2+/Mg2+-ATPase活性大于根系, 低溫時(shí)(2°C、–5°C), 根系Ca2+/Mg2+- ATPase活性大于葉片。品種間葉片與根中Ca2+/ Mg2+-ATPase活性變化差異較大, 當(dāng)溫度在10°C以上時(shí), 天油2號(hào)葉片與根中Ca2+/Mg2+-ATPase活性均高于隴油7號(hào), 溫度降至2°C以后, 隴油7號(hào)葉片與根中Ca2+/Mg2+-ATPase活性大于天油2號(hào)。這是由于溫度較高時(shí)(即適宜溫度時(shí)), 天油2號(hào)生長(zhǎng)發(fā)育快, 而當(dāng)溫度降低到非適宜生長(zhǎng)時(shí), 天油2號(hào)地上部生長(zhǎng)受阻, 適應(yīng)性降低, Ca2+/Mg2+-ATPase活性降低。隴油7號(hào)則相反, 適宜溫度時(shí), 生長(zhǎng)發(fā)育緩慢, 在溫度下降到非適宜條件時(shí), 其地下部生長(zhǎng)正常, 適應(yīng)性強(qiáng)。說(shuō)明強(qiáng)抗寒的冬油菜在低溫抗寒鍛煉過(guò)程中, 質(zhì)膜ATP酶獲得了耐低溫的特性, 以致在零度以下, 能保持更高的活性反應(yīng)。

圖4 不同溫度下冬油菜葉片Ca2+/ Mg2+-ATPase活性

柱形圖上不同字母表示2個(gè)品種在處理間存在顯著性差異(< 0.05)。

Different letters above the bar mean significant difference between Longyou 7 (L7) and Tianyou 2 (T2) (< 0.05).

圖5 不同溫度下冬油菜根系Ca2+/Mg2+-ATPase活性

柱形圖上不同字母表示2個(gè)品種在處理間存在顯著性差異(< 0.05)。

Different letters above the bar mean significant difference between Longyou 7 (L7) and Tianyou 2 (T2) (< 0.05).

2.4.2 溫度對(duì)冬油菜K+/Na+-ATPase活性的影響

隴油7號(hào)葉片K+/Na+-ATPase活性隨著溫度的降低而減小, 溫度為–5°C時(shí), K+/Na+-ATPase活性比常溫(25°C)降低了77.4% (圖6); 天油2號(hào)葉片K+/Na+- ATPase活性隨著溫度降低呈“升降升”的趨勢(shì), 在脅迫溫度下均高于常溫(25°C)。

圖6 不同溫度下冬油菜葉片K+/Na+-ATPase活性

柱形圖上不同字母表示2個(gè)品種在處理間存在顯著性差異(< 0.05)。

Different letters above the bar mean significant difference between Longyou 7 (L7) and Tianyou 2 (T2) (< 0.05).

隨著溫度降低, 隴油7號(hào)根系K+/Na+-ATPase活性逐漸提高(圖7), 天油2號(hào)根系K+/Na+-ATPase活性逐漸降低, 當(dāng)溫度降至–5°C時(shí), 2個(gè)冬油菜品種根系K+/Na+-ATPase活性差異顯著, 隴油7號(hào)為天油2號(hào)的4.92倍。

3 討論

3.1 質(zhì)膜脂肪酸飽和性影響北方冬油菜抗寒性

質(zhì)膜不飽和脂肪酸含量與飽和脂肪酸含量比值與植物抗寒性密切相關(guān)[30]。低溫脅迫可使不同植物質(zhì)膜脂肪酸組成比例改變, 不飽和脂肪酸含量增加[31-32]。膜脂中不飽和脂肪酸含量的增加能降低膜脂的相變溫度, 增加膜脂的流動(dòng)性, 使膜脂在低溫下保持穩(wěn)定, 以此提高植物的抗寒性[33-34]。膜脂脂肪酸不飽和指數(shù)( IUFA)是細(xì)胞膜中不飽和脂肪酸含量的總和,是衡量膜脂脂肪酸不飽和程度的重要指標(biāo)之一, 可用來(lái)評(píng)價(jià)植物的抗寒性[35-36]。本研究在低溫條件下(2°C, –5°C), 抗寒性強(qiáng)的隴油7號(hào)膜脂不飽和脂肪酸含量/飽和脂肪酸含量比值、IUFA值始終高于抗寒性弱的天油2號(hào), 說(shuō)明隴油7號(hào)在降溫過(guò)程中能隨溫度變化對(duì)膜脂脂肪酸組分含量進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整, 低溫下脂肪酸去飽和化程度強(qiáng)于天油2號(hào), 能積累較多的不飽和脂肪酸, 增強(qiáng)細(xì)胞膜體系的穩(wěn)定性, 可見, 質(zhì)膜脂肪酸因品種抗寒性而異。

圖7 不同溫度下冬油菜根系K+/Na+-ATPase活性

柱形圖上不同字母表示2個(gè)品種在處理間存在顯著性差異(< 0.05)。

Different letters above the bar mean significant difference between Longyou 7 (L7) and Tianyou 2 (T2) (< 0.05).

3.2 根系與葉片的膜脂在低溫響應(yīng)上存在差異, 根對(duì)北方白菜型冬油菜抗寒性的影響較大

本試驗(yàn)中, 隨處理溫度的降低, 2個(gè)冬油菜品種葉片不飽和脂肪酸含量變化均呈先降低后增加的趨勢(shì)。在–5°C時(shí)不飽和脂肪酸大幅增加, 所增加的不飽和脂肪酸主要是棕櫚油酸和亞麻酸; 根中不飽和脂肪酸含量變化趨勢(shì)因品種不同, 隴油7號(hào)逐步增加, 天油2號(hào)則逐步降低; 根中不飽和脂肪酸含量變化以亞油酸為主。品種的不飽和脂肪酸含量變化趨勢(shì)不同。2°C處理時(shí)天油2號(hào)葉片和根系不飽和脂肪酸含量均明顯下降, 而隴油7號(hào)則葉片下降、根系顯著上升, 說(shuō)明兩個(gè)抗寒性不同的品種的根系與葉片的膜脂在低溫響應(yīng)上存在差異, 抗寒性強(qiáng)的品種根系在降溫過(guò)程中逐步獲得了較穩(wěn)定的膜脂不飽和度水平, 在低溫下始終保持膜的流動(dòng)性, 維持正常的生理功能, 以此抵御低溫傷害。

3.3 ATP酶活性與冬油菜抗寒性的關(guān)系

低溫脅迫會(huì)影響細(xì)胞膜系中的功能蛋白如ATP酶活性等[37], 然后對(duì)細(xì)胞生理、生化代謝過(guò)程造成破壞[38], ATP酶是膜結(jié)合功能性蛋白質(zhì), 在細(xì)胞中主要執(zhí)行K、Na、Ca、Mg和H離子的傳遞功能[39-40]。簡(jiǎn)令成等[41]對(duì)小麥幼苗寒害的研究指出, 低溫脅迫下, 質(zhì)膜完整性受到破壞后透性發(fā)生變化, K+等外滲, 打破了離子平衡, 引起代謝失調(diào)。寒冷脅迫能刺激細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度增高[42], 但胞內(nèi)Ca2+濃度過(guò)高或長(zhǎng)時(shí)間維持高濃度會(huì)干擾細(xì)胞能量代謝系統(tǒng)和許多生理功能, 導(dǎo)致細(xì)胞死亡[43]。Ca2+-ATPase在維持細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)方面起重要作用[44]; 已有研究表明[45-46], 冷害首先是通過(guò)影響植物細(xì)胞膜的Mg2+- ATP 酶活性, 使之降低或完全失活, 從而破壞植物的生活力。在本研究中, 隴油7號(hào)葉片Ca2+/ Mg2+- ATPase和K+/Na+-ATPase活性均隨著脅迫溫度的降低而降低, 而其根系Ca2+/Mg2+-ATPase和K+/Na+- ATPase活性均隨著脅迫溫度的降低而升高; 天油2號(hào)葉片Ca2+/Mg2+-ATPase和K+/Na+-ATPase活性均隨著脅迫溫度的降低呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài), 其根系Ca2+/ Mg2+-ATPase和K+/Na+-ATPase活性均隨著脅迫溫度的降低而下降; 當(dāng)溫度達(dá)到–5°C時(shí), 隴油7號(hào)根系A(chǔ)TPase顯著高于天油2號(hào)。表明在低溫脅迫下, 隴油7號(hào)能更好地維持根系的ATPase活性, 根系能有效地把低溫刺激所產(chǎn)生的過(guò)量胞質(zhì)離子及時(shí)地運(yùn)到胞外, 使胞內(nèi)離子維持穩(wěn)態(tài)平衡, 保持細(xì)胞正常生理代謝, 抵御低溫逆境脅迫的能力增強(qiáng); 天油2號(hào)在低溫下, 根系A(chǔ)TPase活性顯著下降, 致使被升高的胞質(zhì)無(wú)機(jī)離子不能及時(shí)外運(yùn), 造成細(xì)胞傷害, 引起代謝失調(diào), 抗低溫脅迫的能力降低, 導(dǎo)致抗寒性減弱。

3.4 低溫脅迫下不飽和脂肪酸含量和ATPase活性的提高是品種抗寒的重要原因

生物膜的流動(dòng)性和膜結(jié)合酶活力都受膜脂成分的影響[19], 抗寒鍛煉能通過(guò)改變植物細(xì)胞膜的脂肪酸組成來(lái)提高植物的抗寒性[47-48]。本研究中, 低溫脅迫對(duì)2個(gè)冬油菜品種葉片和根系脂肪酸飽和度及ATP酶活性均產(chǎn)生顯著影響, 強(qiáng)抗寒性品種隴油7號(hào)在零度以下低溫脅迫時(shí), 不飽和脂肪酸含量/飽和脂肪酸含量比值、IUFA、Ca2+/Mg2+-ATPase和K+/ Na+-ATPase活性均大于抗寒性較弱的天油2號(hào), 說(shuō)明抗寒性強(qiáng)的冬油菜品種在長(zhǎng)期低溫適應(yīng)性生長(zhǎng)過(guò)程中, 自身產(chǎn)生了適應(yīng)低溫的機(jī)制, 當(dāng)溫度降低時(shí), 其膜脂脂肪酸不飽和度增加, 膜脂的流動(dòng)性增強(qiáng), 從而有利于膜脂維持穩(wěn)定的狀態(tài); 同時(shí), 脂肪酸組分含量的改變, 致使膜結(jié)合酶在低溫下的活性增強(qiáng), 有利于維持細(xì)胞質(zhì)正常的無(wú)機(jī)離子水平, 避免細(xì)胞內(nèi)無(wú)機(jī)離子中毒, 保護(hù)細(xì)胞免受傷害。王育啟等[49]、李素麗等[50]在水稻、甘蔗的研究中也得到類似研究結(jié)果。因此低溫下不飽和脂肪酸含量和ATPase活性的提高是北方強(qiáng)抗寒冬油菜品種主要抗寒特征。

4 結(jié)論

低溫脅迫下2個(gè)冬油菜品種的膜脂脂肪酸組分相同, 但脂肪酸含量因品種抗寒性而異。低溫條件下, 抗寒性強(qiáng)的品種脂肪酸不飽和度、IUFA值和ATPase活性均高于抗寒性較弱的品種, 而且, 在降溫過(guò)程中, 抗寒性強(qiáng)的品種根系不飽和程度持續(xù)增加, 說(shuō)明根中不飽和脂肪酸代謝合成在北方白菜型冬油菜抗寒(越冬)中起著非常重要的作用。低溫脅迫下不飽和脂肪酸含量和ATPase活性的提高是抗寒品種抗寒的重要原因。

[1] 王洪春. 植物抗性生理. 植物生理學(xué)通訊, 1981, (6): 72–81 Wang H C. Physiological responses of plants to anti-environment., 1981, (6): 72–81 (in Chinese with English abstract)

[2] Kasamo K, Kagita F, Yamanishi H, Sakaki T. Low temperature-induced changes in the thermotropic properties and fatty acid composition of the plasma membrane and tonoplast of cultured rice (L.) cells., 1992, 33: 609–616

[3] Lyons J M, Wheaton T A, Pratt H K. Relationship between the physical nature of mitochondrial membranes and chilling sensitivity in plants., 1964, 39: 262–268

[4] 王洪春, 湯章城, 蘇維埃, 王文英, 李錦樹. 水稻干胚膜脂脂肪酸組分差異性分析. 植物生理學(xué)報(bào), 1980, 6: 227–236 Wang H C, Tang Z C, Su W A, Wang W Y, Li J S. Analysis of difference in fatty acid composition of membrane lipids of dry rice embryo., 1980, 6: 227–236 (in Chinese with English abstract)

[5] 楊玲, 錢建東, 方芳, 蘇維埃. 佛手柑葉磷脂酰甘油相變和脂肪酸組成的差異. 植物生理學(xué)通訊, 1995, 31: 196–197 Yang L, Qian J D, Fang F, Su W A. Difference of thermal phase transition and fatty acid composition of phosphatidylglycerols in fingered citron leaves., 1995, 31: 196–197 (in Chinese with English abstract)

[6] Lyons J M. Chilling injury in plants., 1973, 24: 445–466

[7] 趙金梅, 周禾, 孫啟忠, 郭強(qiáng), 李芳. 植物脂肪酸不飽和性對(duì)植物抗寒性影響的研究. 草業(yè)科學(xué), 2009, 26(9): 129–134 Zhao J M, Zhou H, Sun Q Z, Guo Q, Li F. Study on the influence of plant fatty acid desaturation on cold tolerance., 2009, 26(9): 129–134 (in Chinese with English abstract)

[8] Larus B, Sangwan V, Omann F, Dhindsa R S. Early steps in cold sensing by plant cells: the role of actin cytoskeleton and membrane fluidity., 2000, 23: 785–794

[9] 夏明, 劉亞學(xué), 阿拉木斯, 李志勇. 低溫下苜蓿葉片膜脂脂肪酸組分的研究. 中國(guó)草地, 2002, 24(6): 28–31 Xia M, Liu Y X, AL M S. Li Z Y. Fatty acid composition of cell membrane of alfalfa leaves at chilling temperature., 2002, 24(6): 28–31 (in Chinese with English abstract)

[10] 孫漢洲, 趙芳, 李志輝. 用細(xì)胞膜膜脂脂肪酸成分分析法篩選抗寒巨桉種源. 中南林學(xué)院學(xué)報(bào), 2000, 20(3): 59–62 Sun H Z, Zhao F, Li Z H. Selection of the cold-resistant species provenances of eucalyptus grand is by using the method of composition analysis of fatty acids of cell membrane., 2000, 20(3): 59–62 (in Chinese with English abstract)

[11] 楊玉珍, 羅青, 彭方仁. 不同種源香椿葉片脂肪酸組分含量與抗寒性關(guān)系. 林業(yè)科技開發(fā), 2011, 25(5): 21–25 Yang Y Z, Luo Q, Peng F R. A relationship between cold resistance and content of fatty acid composition in leaves offrom different provenances., 2011, 25(5): 21–25 (in Chinese with English abstract)

[12] 宋芳琳, 張苗苗, 蘇金樂(lè), 柴軍艦, 張廣信. 自然降溫過(guò)程中猴樟和香樟幼苗的抗寒性比較. 西部林業(yè)科學(xué), 2012, 41(6): 48–52 Song F L, Zhang M M, Su J L, Chai J J, Zhang G X. The comparison on cold resistance betweenandseedlings in natural decreasing process of air temperature., 2012, 41(6): 48–52 (in Chinese with English abstract)

[13] Murelli C, Rizza F, Albini F M, Dulio A, Terzi V, Cattivelli L. Metabolic changes associated with cold acclimation in contrasting cultivars of barley., 1995, 94: 87–93

[14] 王萍, 張成軍, 陳國(guó)祥, 王靜, 施大偉, 呂川根. 低溫對(duì)水稻劍葉膜脂過(guò)氧化和脂肪酸組分的影響. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32: 568–572 Wang P, Zhang C J, Chen G X, Wang J, Shi D W, Lyu C G. Effects of low temperature on lipid peroxidation and fatty acid composition of flag leaf in rice (L.)., 2006, 32: 568–572 (in Chinese with English abstract)

[15] 王金勝, 郭定成. 溫度與膜脂脂肪酸對(duì)不同抗冷性玉米幼苗ATP酶的影響. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1994, 14: 290–292 Wang J S, Guo D C. Temperature and fatty acid of membrane lipids effected on activity of ATPase in mitochondria of maize seedling belonging to four chilling-resistant level., 1994, 14: 290–292 (in Chinese with English abstract)

[16] Caldogno R F, Maria I, Michelis D, Maria C, Pugliarello. Active transport of Ca2+in membrane vesicles from pea: evidence for a H+/ Ca2+antiport., 1982, 639: 287–295

[17] 宋立新, 王瑞秀. 離子轉(zhuǎn)運(yùn)ATPase的結(jié)構(gòu)和功能. 生理科學(xué)進(jìn)展, 1989, 20: 334–338 Song L X, Wang D X. Structure and function of ion transporter ATPase., 1989, 20: 334–338 (in Chinese with English abstract)

[18] 鄭翠兵. 鹽脅迫下甜菜堿對(duì)甜菜光合作用及抗氧化能力的影響. 黑龍江大學(xué)碩士學(xué)位論文, 黑龍江哈爾濱, 2011Zheng C B. Effects of Betaine on Photosynthesis and Antioxidant Ability of Sugarbeet Under Salt Stress. MS Thesis of University of Heilongjiang, Harbin, China, 2011 (in Chinese with English abstract)

[19] 薛剛, 劉鳳霞. 干旱對(duì)棉花根和下胚軸質(zhì)膜脂肪酸組分及其相關(guān)酶活性的影響. 植物生理學(xué)通訊, 1997, 33(2): 97–100 Xue G, Liu F X. Effects of drought stress on fatty acid composition and involved enzyme activity of plasma membrane in cotton root and hypocoty., 1997, 33(2): 97–100 (in Chinese with English abstract)

[20] 李俊明, 張敬賢, 崔四平, 魏建昆, 張海明, 耿慶漢. 膜脂組成和膜結(jié)合酶活性與玉米幼苗抗冷性的關(guān)系. 華北農(nóng)學(xué)報(bào), 1992, 7(3): 50–53 Li J M, Zhang J X, Cui S P, Wei J K, Zhang H M, Geng Q H. The relationship among membrane lipids membrane linked enzymes and maizecold-resistance., 1992, 7(3): 50–53 (in Chinese with English abstract)

[21] 劉煒. 低溫下冷敏感植物春小麥和抗寒植物冬小麥細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)平衡能力的比較研究. 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文, 山東濟(jì)南, 2000 Liu W. Difference of Ca2+-homeostasis between Chilling- Sensitive Spring Wheat and Chilling-Resistant Winter Wheat under Low Temperature. MS Thesis of Shandong Normal University, Jinan, China, 2000 (in Chinese with English abstract).

[22] 王紅, 孫德蘭, 盧存福, 簡(jiǎn)令成. 抗寒鍛煉對(duì)冬小麥幼苗質(zhì)膜Ca2+-ATPase的穩(wěn)定作用. 植物學(xué)報(bào), 1998, 40: 1098–1101 Wang H, Sun D L, Lu C F, Jian L C. Stability effects of cold-acclimation on the plasmolemma Ca2+-ATPase of winter wheat seedlings., 1998, 40: 1098–1101 (in Chinese with English abstract)

[23] 王精明, 李美茹. 低溫對(duì)水稻幼苗根細(xì)胞質(zhì)膜、液泡膜Mg2+-ATP酶活性的影響. 湖北農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào), 2000, 20: 295–297 Wang J M, Li M R. Effect of low temperature on the activity of Mg2+-ATP in root plasma membrane and tonoplast membrane of rice seedlings., 2000, 20: 295–297 (in Chinese with English abstract).

[24] 孫萬(wàn)倉(cāng), 劉海卿, 劉自剛, 武軍艷, 李學(xué)才, 方彥, 曾秀存, 許耀照, 張亞宏, 董云. 北方寒旱區(qū)白菜型冬油菜安全越冬的臨界指標(biāo)分析. 作物學(xué)報(bào), 2016, 42: 609–618 Sun W C, Liu H Q, Liu Z G, Wu J Y, Li X C, Fang Y, Zeng X C, Xu Y Z, Zhang Y H, Dong Y. Critical index analysis of safe over-wintering rate of winter rapeseed () in cold and arid region in north China., 2016, 42: 609–618 (in Chinese with English abstract)

[25] 徐燕, 薛立, 屈明. 植物抗寒性的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制研究進(jìn)展. 林業(yè)科學(xué), 2007, 43(4): 88–94 Xu Y, Xue L, Qu M. Physiological and ecological mechanisms of plant adaptation to low temperature., 2007, 43(4): 88–94 (in Chinese with English abstract)

[26] 劉自剛, 孫萬(wàn)倉(cāng), 楊寧寧, 王月, 何麗, 趙彩霞, 史鵬飛, 楊剛, 李學(xué)才, 武軍艷, 方彥, 曾秀存. 冬前低溫脅迫下白菜型冬油菜抗寒性的形態(tài)及生理特征. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46: 4679–4687 Liu Z G, Sun W C, Yang N N, Wang Y, He L, Zhao C X, Shi P F, Yang G, Li X C, Wu J Y, Fang Y, Zeng X C. Morphology and physiological characteristics of cultivars with different levels of cold-resistance in winter rapeseed (L.) during cold acclimation., 2013, 46: 4679–4687 (in Chinese with English abstract)

[27] 楊寧寧, 孫萬(wàn)倉(cāng), 劉自剛, 史鵬輝, 方彥, 武軍艷, 曾秀存, 孔德晶, 魯美宏, 王月. 北方冬油菜抗寒性的形態(tài)與生理機(jī)制. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 47: 452–461 Yang N N, Sun W C, Liu Z G, Shi P H, Fang Y, Wu J Y, Zeng X C, Kong D J, Lu M H, Wang Y. Morphological characters and physiological mechanisms of cold resistance of winter rapeseed in northern China., 2013, 47: 452–461 (in Chinese with English abstract)

[28] 朱惠霞, 孫萬(wàn)倉(cāng), 鄧斌, 燕妮, 武軍艷, 范惠玲, 葉劍, 曾軍, 劉雅麗, 張亞宏. 白菜型冬油菜品種的抗寒性及其生理生化特性. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 16(4): 34–38 Zhu H X, Sun W C , Deng B, Yan N, Wu J Y, Fan H L, Ye J, Zeng J, Liu Y L, Zhang Y H. Study on cold hardiness and its physiological and biochemical characteristics of winter turnip rape ()., 2007, 16(4): 34–38 (in Chinese with English abstract)

[29] 史春會(huì). 低溫脅迫下不同類型秋菊品種主成分分析及抗寒性評(píng)價(jià). 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 河南鄭州, 2011 Shi C H. Principal Component Analysis and Cold Tolerance Evaluation of Membrane Lipid Component in Different Varieties of Autumn Chrysanthemum Cultivers under Low Temperature. MS Thesis of Henan Agricultural University, Zhengzhou, China, 2011 (in Chinese with English abstract)

[30] Yoshida S. Reverse change in plasma membrane properties upon deacclimation of mulberry trees., 1986, 27: 83–89

[31] 余澤寧. 龍眼葉片膜脂脂肪酸組分與龍眼耐寒性的關(guān)系. 亞熱帶植物科學(xué), 2003, 32(2): 15–17 Yu Z N. Cold tolerance of longyan in relation to membrane fatty acid composition in leaves., 2003, 32(2): 15–17 (in Chinese with English abstract)

[32] 王萍, 張成軍, 陳國(guó)祥, 王靜, 施大偉, 呂川根, 左敏, 劉蓉蓉. 低溫對(duì)水稻幼苗類囊體膜脂肪酸組分和膜脂過(guò)氧化的影響. 中國(guó)水稻科學(xué), 2006, 20: 401–405 Wang P, Zhang C J, Chen G X, Wang J, Shi D W, Lyu C G, Zuo M, Liu R R. Effects of low temperature on fatty acid composition of thylakoid membranes and lipid. peroxidation in leaves of rice seedlings,, 2006, 20: 404–405 (in Chinese with English abstract)

[33] 謝冬微, 王曉楠, 付連雙, 孫健, 關(guān)濤, 李卓夫. 低溫脅迫對(duì)冬小麥分蘗節(jié)膜脂脂肪酸的影響. 麥類作物學(xué)報(bào), 2013, 33: 746–751 Xie D W, Wang X N, Fu L S, Sun J, Guan T, Li Z F. Effects of low temperature stress on membrane fatty acid in tillering node of winter wheat., 2013, 33: 746–751 (in Chinese with English abstract)

[34] Douglas O, Brain D P. Responses of plant to low, nonfreezing temperature: protein metabolism, and acclimation., 1982, 33: 347–372

[35] 梁及芝, 李志輝, 黃志文, 朱日光, 黃曉明. 耐寒性桉樹早期選擇: II. 巨桉種源和家系幼林生長(zhǎng). 中南林學(xué)院學(xué)報(bào), 2000, 20(3): 75–79 Liang J Z, Li Z H, Huang Z W, Zhu R G, Huang X M. Early selection in cold-resistant eucalyptus: II. Analysis on growth of the young forests of eucalyp tus grand is provenances and families., 2000, 20(3): 75–79 (in Chinese with English abstract)

[36] 李志輝, 湯珧華, 孫漢洲, 左海松. 耐寒性桉樹早期選擇Ⅲ: 巨桉種源和家系膜脂肪酸組成、含量與抗寒性關(guān)系. 中南林學(xué)院學(xué)報(bào), 2000, 20(3): 80–85 Li Z H, Tang Z H, Sun H Z, Zuo H S. Early selection in cold-resistant eucalyptus iii. the relation of composition and content of fatty acid and ability of cold-resistant of eucalyptus grand is provenance and families., 2000, 20(3): 80–85 (in Chinese with English abstract)

[37] 劉建. 兩種桉樹對(duì)低溫脅迫的響應(yīng)機(jī)制研究. 南京林業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文, 江蘇南京, 2008 Liu J. Studies on Response Mechanisms of Two Eculypts to Low Temperature Stress. PhD Dissertation of Nanjing Forestry University, Nanjing, China, 2008 (in Chinese with English abstract)

[38] 簡(jiǎn)令成. 植物抗寒機(jī)理研究的新進(jìn)展. 植物學(xué)通報(bào), 1992, 9(3): 17–22 Jian L C. Advances of the studies on the mechanism of plant cold hardiness., 1992, 9(3): 17–22 (in Chinese with English abstract)

[39] 劉鴻先, 曾韶西, 李平. 植物抗寒性與酶系統(tǒng)多態(tài)性的關(guān)系. 植物生理學(xué)通訊, 1981, (6): 6–11 Liu H X, Zeng S X, Li P. The relationship between plant cold tole-rance and enzyme system., 1981, (6): 6–11 (in Chinese with English abstract)

[40] Hammerten R W, Krzeminski K A, Mays R W, Ryan T A, Wollner D A, Nelson W J. Mechanism for regulation cell surface distribution of Na+, K+-ATPase in polarized epithelial cells., 1991, 254: 847–849

[41] 簡(jiǎn)令成, 孫龍華, 衛(wèi)翔云, 王紅, 張紅. 從細(xì)胞膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性與植物抗寒性關(guān)系研究到抗寒劑的研制. 植物學(xué)通報(bào), 1994, 11: 1–22 Jian L C, Sun L H, Wei X Y, Wang H, Zhang H. From the study on the stability of cellular membrane system in relation with plant cold hardiness to the creation of plant cold resister., 1994, 11: 1–22 (in Chinese with English abstract)

[42] 許大全. 光合作用學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 2013. pp 215–218 Xu D Q. Photosynthesis Science. Beijing: Science Press, 2013, pp 215–218

[43] 曾韶西, 李美茹. 冷和鹽預(yù)處理提高水稻幼苗抗寒性期間細(xì)胞Ca2+-ATPase酶活性的變化. 植物學(xué)報(bào), 1999, 41: 156–160 Zeng S X, Li M R. Changes of Ca2+-ATPase activities in cell of rice seedlings during the enhancement of chilling resistance induced by cold and salt pretreatment., 1999, 41: 156–160 (in Chinese with English abstract)

[44] Bonza M C, Michelis M I D. The plant Ca2+-ATPase repertoire: biochemical features and physiological functions.(Stuttg), 2011, 13: 421–430

[45] 簡(jiǎn)令成, 董合鑄, 孫龍華. 番茄子葉細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷酶活性的超微結(jié)構(gòu)定位及其在冷害中的變化. 植物學(xué)報(bào), 1981, 23: 257–261 Jian L C, Dong H Z, Sun L H. Ultrastructural localization of adenosine tri phosphatase activity in cotyledon cells of tomato and its changes during chilling stress., 1981, 23(3): 257–261 (in Chinese with English abstract)

[46] 戴金平, 沈征言, 簡(jiǎn)令成. 低溫鍛煉對(duì)黃瓜幼苗幾種酶活性的影響. 植物學(xué)報(bào), 1991, 33: 627–632 Dai J Y, Shen Z Y, Jian L C. The effects of cold acclimation on several enzyme activities in cucumber seedling., 1991, 33: 627–632 (in Chinese with English abstract)

[47] Thomashow M F. Plant cold acclimation: freezing tolerance genes and regulatory mechanisms., 1999, 50: 571–599

[48] Uemura M, Steponkus P L. Cold acclimation in plants: relationship between the lipid composition and the cryostability of the plasma membrane., 1999, 112: 245–254

[49] 王育啟, 王洪春. 生物膜組分對(duì)膜功能和膜相變的調(diào)控. 植物生理學(xué)報(bào), 1981, 7: 185–192 Wang Q Y, Wang H C. Regulation and control of function and phase transition in membrane by composition of biomembrane lipid., 1981, 7: 185–192 (in Chinese with English abstract)

[50] 李素麗, 楊麗濤, 李志剛, 李楊瑞, 韓春旺, 梁兆宙. 不同冷敏感型甘蔗莖尖Ca2+和Ca2+-ATP酶活性對(duì)低溫的響應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 16(2): 14–21 Li S L, Yang L T, Li Z G, Li Y R, Han C W, Liang Z Z. Response of Ca2+and Ca2+-ATPase activity in the stem tip of sugarcane to low temperature stress., 2011, 16(2): 14–21 (in Chinese with English abstract)

Response of Membrane Fatty Acid Composition and ATPase Activity inL. to Temperature in North China

FANG Yan1,2, SUN Wan-Cang1,2,*, WU Jun-Yan2, LIU Zi-Gang2, DONG Yun2,3, MI Chao2, MA Li2, CHEN Qi2, and HE Hui-Li2

1Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Sciences, Lanzhou 730070, Gansu, China;2Rape Engineering and Technology Research Center of Gansu Province, Lanzhou 730070,Gansu, China;3Crops Institute of Gansu Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou 730070, Gansu, China

L. cultivars Longyou 7 (cold tolerant) and Tianyou 2 (cold sensitive) were used to investigate the variations of membrane fatty acid composition and ATPase activity at the temperatures of 25°C, 10°C, 2°C, and –5°C. There was the same membrane fatty acid composition in leaf and root of two cultivars under temperature stresses, with linolenic acid as the main component of unsaturated fatty acid in leaf, but linoleic acid in root. With decrease of treatment temperatures, the content of unsaturated fatty acid in leaf initially decreased at 10°C and 2°C, then increased at –5°C. The content of unsaturated fatty acid rose up gradually in root of Longyou 7, but reduced in Tianyou 2. At low temperature (2°C, –5°C), the ratio of U/S and IUFA in Longyou 7 were significantly higher than those in Tianyou 2. The activity of ATPase was gradually increased in Longyou 7 than in Tianyou 2. It suggested there are differences in membrane lipids in response to temperature for two winter rapeseed cultivars, the increase of unsaturated fatty acid content and ATPase activity is the main cause sustaining winter rapeseed cultivars to over winter.

winter rapeseed; fatty acid; ATPase activity; cold tolerance

2017-01-20;

2017-09-10;

2017-09-28.

10.3724/SP.J.1006.2018.00095

通信作者(Corresponding author): 孫萬(wàn)倉(cāng), E-mail: 18293121851@163.com

E-mail: ffyv@163.com

本研究由國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-12), 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31460356, 31560397), 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃) (2015CB150206), 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0101300)和甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)盛彤笙創(chuàng)新基金(GSAU-STS-1428)資助。

This study was supported by the National Modern Agro-industry Technology System (CARS-13), the National Natural Science Foundation of China (31460356, 31560397), the National Key Basic Research Program of China (973 Program) (2015CB150206), the National Key Research and Development Program (2016YFD0101300), and the Sheng Tongsheng Innovation Fund of Gansu Agricultural University (GSAU-STS-1428).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20170928.1458.008.html