低温诱导表达SlBRI1增强番茄幼苗耐寒能力.pdf

西北植物学报,2 0 2 3,4 3(1 1):1 8 4 2-1 8 4 9A c t a B o t.B o r e a l.-O c c i d e n t.S i n.d o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 0-4 0 2 5.2 0 2 3.1 1.1 8 4 2 h t t p:/x b z w x b.a l l j o u r n a l.n e t收稿日期:2 0 2 3-0 5-0 3;修改稿收到日期:2 0 2 3-0 6-2 2基金项目:西华师范大学博士启动项目(1 9 E 0 5 1)作者简介:杨文文(1 9 9 9-),女,在读硕士研究生,主要从事番茄生长发育和抗逆性研究。E-m a i l:y a n g w e n w e n 1 51 6 3.c o m*通信作者:聂书明,博士,副研究员,主要从事油菜素内酯对番茄生长发育和逆境胁迫方面研究。E-m a i l:n i e s h u m i n g 1 6 3.c o m低温诱导表达S l B R I 1增强番茄幼苗耐寒能力杨文文,冯梦颖,瞿 芮,刘心雨,聂书明*(西华师范大学 生命科学学院,西南野生动植物资源保护教育部重点实验室,四川南充 6 3 7 0 0 0)摘 要:油菜素内酯(b r a s s i n o s t e r o i d s,B R s)是一种广泛分布于多种植物体内的激素。B r a s s i n o s t e r o i d i n s e n s i t i v e 1(B R I 1)是B R信号通路的主要信号受体,在植物生长发育和胁迫应答中起着至关重要的作用。研究以番茄品种M i c r o-T o m(MT)和S l B R I 1过表达株系(A t r d 2 9 A:S l B R I 1)为试验材料,探讨低温对光合特性、叶绿素荧光参数以及抗寒基因的影响,旨在揭示A t r d 2 9 A启动子驱动S l B R I 1基因对低温胁迫的响应规律。结果表明,(1)低温胁迫提高了MT 植株S l B R I 1的表达量,而A t r d 2 9 A:S l B R I 1植株S l B R I 1表达量更高。低温胁迫5 d导致所有植株出现萎蔫,而且A t r d 2 9 A:S l B R I 1植株萎蔫程度更轻,恢复得更好。(2)低温胁迫导致所有番茄幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、P S最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(P S)、光能捕获效率(Fv/Fm)和光化学荧光猝灭系数(qP)都较大幅度地下降;在低温胁迫第5天,S l B R I 1过表达株系这些指标均显著性高于MT植株。同时,S l B R I 1过表达株系的细胞间C O2浓度(Ci)显著低于MT。(3)同等条件下S l I C E 1、S l C B F 1、S l C B F 3和S l D R C I 7基因表达水平显著上升,并且通过低温处理后的S l B R I 1转基因植株中S l I C E 1、S l C B F 1、S l C B F 3和S l D R C I 7基因表达水平均显著高于MT植株。表明A t r d 2 9 A诱导S l B R I 1表达能够提高S l-B R I 1表达水平,缓解低温胁迫对植株光合作用和叶绿素荧光参数的影响,增强番茄植株抗寒能力。关键词:番茄;油菜素内酯;A t r d 2 9 A启动子;S l B R I 1;低温;光合荧光特性中图分类号:Q 9 4 5;S 6 4 1.2文献标志码:AL o w T e m p e r a t u r e I n d u c e d E x p r e s s i o n o f S l B R I 1 E n h a n c e d C o l d T o l e r a n c e o f T o m a t o S e e d l i n g sYANG W e n w e n,F E NG M e n g y i n g,QU R u i,L I U X i n y u,N I E S h u m i n g*(K e y L a b o r a t o r y o f S o u t h w e s t C h i n a W i l d l i f e R e s o u r c e s C o n s e r v a t i o n,C o l l e g e o f L i f e S c i e n c e,C h i n a W e s t N o r m a l U n i v e r s i t y,N a n c h o n g,S i c h u a n 6 3 7 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:B r a s s i n o s t e r o i d s(B R s)i s a k i n d o f h o r m o n e w i d e l y d i s t r i b u t e d i n a v a r i e t y o f p l a n t s.B r a s s i n o s-t e r o i d i n s e n s i t i v e 1(B R I 1)i s t h e m a i n s i g n a l r e c e p t o r o f B R s i g n a l i n g p a t h w a y,w h i c h p l a y s a c r u c i a l r o l e i n p l a n t g r o w t h a n d d e v e l o p m e n t a n d s t r e s s r e s p o n s e.I n t h i s s t u d y,w e u s e d t o m a t o v a r i e t i e s M i c r o-T o m(MT)a n d S l B R I 1 o v e r e x p r e s s i o n p l a n t s(A t r d 2 9 A:S l B R I 1)a s e x p e r i m e n t a l m a t e r i a l s t o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t s o f l o w t e m p e r a t u r e o n p h o t o s y n t h e t i c c h a r a c t e r i s t i c s,c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c e p a r a m e t e r s a n d c o l d r e s i s t a n c e g e n e s,i n o r d e r t o r e v e a l t h e r e s p o n s e o f S l B R I 1 g e n e d r i v e n b y A t r d 2 9 A p r o m o t e r t o l o w t e m-p e r a t u r e s t r e s s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t,(1)l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s i n c r e a s e d t h e e x p r e s s i o n o f S l B R I 1 i n MT p l a n t s,w h i l e t h e e x p r e s s i o n o f S l B R I 1 i n A t r d 2 9 A:S l B R I 1 p l a n t s w e r e h i g h e r t h a n t h a t o f MT p l a n t s.L o w t e m p e r a t u r e s t r e s s f o r 5 d a y s r e s u l t e d i n w i l t i n g o f a l l p l a n t s,a n d A t r d 2 9 A:S l B R I 1 p l a n t s w i l t e d l e s s a n d r e c o v e r e d b e t t e r.(2)T h e n e t p h o t o s y n t h e t i c r a t e(Pn),s t o m a t a l c o n d u c t a n c e(Gs),t r a n-s p i r a t i o n r a t e(Tr),m a x i m u m p h o t o c h e m i c a l e f f i c i e n c y o f P S(Fv/Fm),a c t u a l p h o t o c h e m i c a l e f f i c i e n c y(P S),l i g h t c a p t u r e e f f i c i e n c y(Fv/Fm)a n d p h o t o c h e m i c a l f l u o r e s c e n c e q u e n c h i n g c o e f f i c i e n t(qP)o f a l l t o m a t o s e e d l i n g s w e r e s i g n i f i c a n t l y d e c r e a s e d u n d e r l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s.O n t h e 5 t h d a y o f l o w t e m-p e r a t u r e s t r e s s,t h e s e i n d e x e s o f S l B R I 1 o v e r e x p r e s s i n g p l a n t s w e r e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e o f MT p l a n t s.M e a n w h i l e,t h e i n t e r c e l l u l a r C O2 c o n c e n t r a t i o n(Ci)o f S l B R I 1 o v e r e x p r e s s i o n l i n e s w a s s i g n i f i-c a n t l y l o w e r t h a n t h a t o f MT.(3)T h e e x p r e s s i o n l e v e l s o f t r a n s g e n i c p l a n t s S l I C E 1,S l C B F 1,S l C B F 3 a n d S l D R C I 7 w e r e s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d u n d e r t h e s a m e c o n d i t i o n,a n d t h e e x p r e s s i o n l e v e l s o f S l I C E 1,S l C B F 1,S l C B F 3 a n d S l D R C I 7 i n S l B R I 1 t r a n s g e n i c p l a n t s a f t e r l o w t e m p e r a t u r e t r e a t m e n t w e r e s i g n i f-i c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e i n MT p l a n t s.T h e r e s u l t s i n d i c a t e d t h a t t h e e x p r e s s i o n o f S l B R I 1 i n d u c e d b y A t r d 2 9 A c o u l d i m p r o v e t h e e x p r e s s i o n o f S l B R I 1,a l l e v i a t e t h e e f f e c t s o f l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s o n p l a n t p h o t o s y n t h e s i s a n d c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c e p a r a m e t e r s,a n d e n h a n c e t h e c o l d r e s i s t a n c e o f t o m a t o p l a n t s.K e y w o r d s:t o m a t o;b r a s s i n o s t e r o i d s;A t r d 2 9 A p r o m o t e r;S l B R I 1;l o w t e m p e r a t u r e;p h o t o s y n t h e t i c f l u-o r e s c e n c e c h a r a c t e r i s t i c 番 茄(S o l a n u m l y c o p e r s i c u m L.)属 于 茄 科(S o l a n a c e a e)番茄属(L y c o p e r s i c o n M i l l e r)的喜温性草本植物,是开展生物学基础研究的一个重要对象,同时也是一种模式植物1。干旱2、弱光3、低温4等非生物胁迫是影响植物生长发育的重要因素。由于部分地区气候条件恶劣,番茄极易遭受低温冷害。低温胁迫会导致植物出现光合作用减弱、抗氧化酶活性降低、活性氧含量增加、叶绿素降解、生长发育受阻等生理现象,造成植株生长迟缓、幼苗萎蔫、坐果率低等情况,最终影响番茄的产量和品质4。光合作用对温度十分敏感,通过将光能转化为稳定的化学能为植物生长发育提供能量,是影响作物产量的关键要素之一5。研究发现低温会破坏叶绿体亚显微结构,并发生光抑制,致使叶绿体内光能剩余过多,活性氧产率增加,进而造成光合作用下降6。在自然光照条件下,叶绿素荧光参数和光合速率两者之间存在负相关关系,通过叶绿素荧光参数可以评估植物对过剩光能的消散能力7。因此,植物受胁迫程度可通过植物光合作用和叶绿素荧光特性评估8。油菜素内酯(b r a s s i n o s t e r o i d s,B R s)参与调节植物的生长、发育以及胁迫响应等多个生理过程9,对作物的产量、品质、抗逆性和抗病性等方面有着重要的调控作用1 0。目前外源施加天然B R s已被用于提高多种植物抵抗低温能力1 1-1 2。B R在信号转导过程中首先与B R I 1(b r a s s i n o s t e r o i d i n s e n s i t i v e 1)结合,促进其依次转磷酸化,并与其共受体B AK 1(B R I 1-A S S O C I AT E D K I NA S E 1)结合形成异源二聚体,B R I 1与B AK 1相互作用并激活B R信号,随后B R信号被转导到下游元件。去磷酸化的B E S 1(b r i 1-EM S s u p p r e s s o r 1)和B Z R 1(b r a s s i n a z o l e r e-s i s t a n c e 1)在细胞核中积累,调控几千个B R响应基因的表达2。研究发现过表达B R合成基因DW A R F可提高番茄幼苗B R含量和抗寒性,与之相反突变体降低了B R含量,降低了植物的抗寒性1 2。B R信号基因B I N 2(b r a s s i n o s t e r o i d s-i n s e n s i t i v e 2)是B R信号的负调控因子,在植物对低温胁迫的反应中起着关键作用。b i n 2突变体表现出更高的抗冻性,而B I N 2过表达降低了番茄幼苗的抗冻性4。过表达S l-B Z R1通过提高A B A水平和C B F 1的表达来提高转基因植株的耐寒性,而b z r 1突变体则降低番茄植株的耐寒性1 3。B R I 1作为B R的主要信号受体,3 5 S启动子驱动过表达S l B R I 1能有效清除R O S,缓解光抑制以及调控植物激素合成和信号传导,提高了转基因植物的 抗寒性,而B R I 1突 变 体b r i 1-1和b r i 1-3 0 1降低了植物的抗寒能力1 4-1 6。r d 2 9 A作为一种重要的逆境诱导型启动子,能够响应低温、盐胁迫、干旱等环境胁迫1 7-1 8。目前,r d 2 9 A已经被广泛应用于缓解基因的负面影响1 9。r d 2 9 A启动子驱动的A t D R E B 1 A/C B F 3,通过增强关键抗氧化酶的活性来缓解转基因番茄干旱诱导的氧化应激2 0。由r d 2 9 A启动子驱动的I C E 1基因在正常条件下在转基因水稻品系中正常表达,而低温胁迫后转基因品系I C E 1基因表达增加,抗寒性提高2 1。在目前研究的低温调控网络中,I C E-C B F-C O R信号途径为报道较广泛的通路之一2 2。I C E 1是C B F 3低温响应中的关键基因,其通过磺酰化修饰被激活后,能够与C B F 3启动子相结合,上调C B F 3基因的表达,从而显著提高植株低温胁迫的应答2 3。前人研究结果显示,B R信号基因在植物响应冷胁迫过程中发挥重要作用,可以通过调节植物激素、34811 1期 杨文文,等:低温诱导表达S l B R I 1增强番茄幼苗耐寒能力增强抗氧化酶活性和抗寒基因的表达来提高植物的抗寒性1 7。但目前关于番茄A t r d 2 9 A启动B R受体S l B R I 1在响应冷胁迫过程中的调节规律尚不清楚。本研究以A t r d 2 9 A启动的S l B R I 1基因为切入点,番茄品种M i c r o-T o m(MT)、S l B R I 1过表达株系(A t r d 2 9 A:S l B R I 1)为材料,在低温环境下对番茄幼苗的抗寒能力进行比较分析。通过相关指标阐明S l B R I 1过表达对番茄抗冷性的生理调控效应,旨在揭示B R信号强度与番茄抗冷性两者之间的关系,为今后选取耐寒性番茄品种提供理论依据,对农业生产也有一定的参考价值。1 材料和方法1.1 试验设计试验于西华师范大学生命科学学院实验室进行。实验材料为番茄M i c r o-T o m(MT)种子和S l-B R I 1过表达T3代转基因种子。S l B R I 1过表达转基因番茄植物参考N i e等人的方法获得2 4。根据S l B R I 1表达量选取2个独立的纯合S l B R I 1过表达株系(A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5)进行低温实验。选取饱满且大小一致的番茄种子,进行消毒、浸种,置于2 5 培养箱中催芽处理,种子露白后播于营养钵内(泥炭M I K S KAA R=11),幼苗生长在温度为2 5,光周期为1 6 h/8 h的温室中。当番茄苗长至五叶一心时,对MT、A t r d 2 9 A:S l-B R I 1-2和A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5 3组材料进行4 低温处理,试验设3次重复。测定低温胁迫后0 d、5 d的光合参数、荧光参数以及相关逆境基因转录水平,并对其幼苗的抗寒能力进行比较分析。1.2 测量指标及方法光合参数:利用L I-6 4 0 0便携式光合作用测量系统(L I-C O R公司,美国)测定幼苗从上而下第3片完全展开叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间C O2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)。所有的测量均在C O2浓度为4 0 0 m o l/m o l,叶片温度2 5 和1 2 0 0 m o l/(m2s)光强下进行。叶绿素荧光参数:将叶片暗处理3 0 m i n后,使用L I-6 4 0 0便携式光合作用仪测定叶绿素荧光参数值。测定初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、光下最小荧光(Fo)、光下最大荧光(Fm)及稳态荧光(Fs)。根据测定的叶绿素荧光参数计算光系统(P S)中的最大光化学效率值:Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm,实际光能转化效率值:P S=(Fm-Fs)/Fm,开放的P S 反应中心最大的光能转化效率值:Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm,光化学猝灭系数值:Qp=(Fm-Fs)/(Fm-Fo),测定3次。基因转录水平分析:用天根试剂盒提取番茄叶片总R NA。质量合格的R NA采用V a z y m e反转录试剂盒合成c D NA。在实时荧光定量P C R仪(B i o-R a d)上进行q R T-P C R反应。定量检测体系为2 0 L:1 0 L 2C h a mQ U n i v e r s a l S Y B R q P C R M a s-t e r M i x,8 L c D NA模板,正/反向引物各0.4 L,1.2 L d d H2O。反应条件为9 5 3 0 s;9 5 1 0 s,6 0 3 0 s,4 0 个循环。每个样品 3 次重复,以番茄U B I 3基因为内参,采用2-CT方法2 5计算所有株系中抗逆基因的相对表达量(S l B R I 1、S l I C E 1、S l C B F 1、S l C B F 3和S l D R C I 7)。1.3 数据处理采用S P S S 1 9.0软件对数据进行单项因素方差分析,用D u n c a n s多重比较进行差异显著性分析(P0.0 5),数据用平均值标准误差表示。2 结果与分析2.1 A t r d 2 9 A启动子表达S l B R I 1对番茄幼苗S l-B R I 1表达水平的影响 如图1所示,低温胁迫0 d时,野生型和转基因植株中S l B R I 1基因的相对表达量具有显著性差异。与低温处理0 d相比,低温胁迫5 d提高了MT、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2和A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5中S l B R I 1基因的相对表达量,M T野生型提高了3.4 5倍,而转基因株系A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2和A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5分别提高了7.0 6倍和7.1 7倍。说明A t r d 2 9 A启动子在低温环境下能够增强S l B R I 1的表达。柱状图上不同小写字母表示材料间差异显著(P0.0 5)。下同。图1 野生型(MT)和A t r d 2 9 A:S l B R I 1番茄幼苗在低温胁迫下S l B R I 1转录水平的相对变化D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s a m o n g m a t e r i a l s(P0.0 5).T h e s a m e a s b e l o w.F i g.1 R e l a t i v e c h a n g e s o f t r a n s c r i p t i o n l e v e l s o f S l B R I 1 i n t o m a t o s e e d l i n g s o f w i l d t y p e(MT)a n d A t r d 2 9 A:S l B R I 1 u n d e r l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s4481西 北 植 物 学 报 4 3卷2.2 A t r d 2 9 A启动子表达S l B R I 1对番茄幼苗外在形态的影响 如图2所示,低温胁迫0 d时,MT和A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株外在形态无明显差异,低温胁迫5 d后,所有植株均表现出不同程度的萎蔫现象。A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5出现轻微的萎蔫,而M T植株萎蔫程度更明显。说明A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株比MT抗寒能力更强。在2 5 条件下恢复3 d后,各株系萎蔫状况均有缓解,但MT植 株 的 萎 蔫 程 度 仍 比A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5枯萎程度明显。表明S l B R I 1基因对植株低 温后的恢 复能力 也 有 一 定 的 调 节作用。图2 野生型(MT)和A t r d 2 9 A:S l B R I 1番茄幼苗在低温胁迫0 d、5 d和恢复3 d后的表型F i g.2 P h e n o t y p e s o f t o m a t o s e e d l i n g s o f w i l d t y p e(MT)a n d A t r d 2 9 A:S l B R I 1 a f t e r 0 a n d 5 d a y s o f l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s a n d 3 d a y s o f r e c o v e r y2.3 A t r d 2 9 A启动子表达S l B R I 1对番茄幼苗气体交换参数的影响 如图3所示,低温胁迫0 d时,Pn、Gs、Tr和Ci野生型和A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株没有显著性差异。与胁迫0 d相比,低温胁迫5 d后番茄叶片的Pn、Gs和Tr显著下降(图3,A、B、D),Ci呈上升趋势(图3,C)。说明在低温条件下,C O2向叶绿体的转运受到了限制,造成光合作用原料供应减少,从而导致光合速率的下降。其中Pn分别降低6 9.6 1%、6 4.9 1%、6 3.7 0%;Gs分别降低4 9.5 0%、3 2.9 1%、3 6.5 2%;Tr分别降低6 6.4 1%、5 9.1 3%、5 7.7 9%;Ci分别升高7 5.5 7%、6 1.3 3%、6 3.6 9%。较S l B R I 1转基因植株而言MT受低温影响更明显,低温胁迫5 d后A t r d 2 9 A:S I B R I 1-2、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5的Pn、Gs和Tr均显著高于MT,Ci显著低于MT。说明诱导S l B R I 1的表达能减缓低温胁迫对植株光合特性的影响。图3 低温胁迫对番茄幼苗叶片气体交换参数的影响F i g.3 E f f e c t o f l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s o n g a s e x c h a n g e p a r a m e t e r s o f t o m a t o s e e d l i n g l e a v e s2.4 A t r d 2 9 A启动子表达S l B R I 1对番茄幼苗叶绿素荧光参数的影响 如图4所示,低温胁迫0 d时,MT和A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株的Fv/Fm、P S、Fv/Fm、qP没有显著性差异。低温胁迫5 d后,Fv/Fm、P S、Fv/Fm和qP均 低 于 胁 迫 前,Fv/Fm分 别 降 低4 3.8 8%、3 6.3 6%、3 6.6 8%;P S 分别降低7 4.4 6%、6 6.4 9%、6 5.7 4%;Fv/Fm分 别 降 低6 4.7 3%、5 7.6 5%、5 7.0 4%;qP分别降低5 7.5 2%、5 3.3 7%、5 2.6 3%。说明在光合作用过程中,低温可能导致P S平衡被打破,导致光抑制,进而影响光合电子供给,在一定程度上影响了光能向化学能的转化。低温胁迫5 d后,A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5的Fv/Fm、P S、Fv/Fm和qP降低的程度明显低于MT。说明诱导S l B R I 1的表达能减缓低温胁迫对植株荧光特性的影响。54811 1期 杨文文,等:低温诱导表达S l B R I 1增强番茄幼苗耐寒能力2.5 A t r d 2 9 A启动子表达S l B R I 1对番茄幼苗抗冷基因表达的影响 如图5所示,低温处理0 d时MT、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2和A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5 的S l C B F 1、S l-C B F 3表达水平具有显著差异。图4 低温胁迫对番茄叶片荧光参数的影响F i g.4 E f f e c t o f l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s o n f l u o r e s c e n c e p a r a m e t e r s o f t o m a t o l e a v e s图5 低温胁迫下野生型(MT)和A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株中基因的相对表达量F i g.5 R e l a t i v e g e n e e x p r e s s i o n l e v e l s o f w i l d t y p e(MT)a n d A t r d 2 9 A:S l B R I 1 t r a n s g e n i c p l a n t s u n d e r l o w t e m p e r a t u r e s t r e s s 与低温处理0 d相比,低温处理5 d提高了MT、A t r d 2 9 A:S l B R I 1-2和A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5中S l I C E 1、S l C B F 1、S l C B F 3和S l D R C I 7基因的相对表达量,S l I C E 1基因相对表达量分别增加2 3.3 3%、8 7.0 7%、7 2 3.7 3%;S l C B F 1基因相对表达量分别增加3 4 0.7 1%、3 9 2.3 4%、2 8 3.4 7%;S l C B F 3基因相对表达量分别增加7 3.0 5%、5 7 2.7 9%、4 5 8.2 1%;S l D R C I 7基 因 相 对 表 达 量 分 别 增 加3 2 5.4 6%、5 3 2.2 0%、6 9 9 3.8 2%。低温处理5 d后,A t r d 2 9 A:S I B R I 1-2和A t r d 2 9 A:S l B R I 1-5中S l I C E 1、S l-C B F 1、S l C B F 3和S l D R C I 7基因的相对表达量显著高于MT。表明A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株增强了低温逆境基因表达水平,对低温胁迫的响应能力显著提高。3 讨 论光合作用是一种受温度影响较大的生理过程,在较低的温度下,由于气孔导度的降低,导致了叶面气孔的闭合,从而降低了C O2的供给,光合作用受到气孔因素限制2 6。在重度胁迫下,植物的光合能力受到气孔因素和非气孔因素的双重限制,且以非气孔因素为主2 7。本研究发现,低温胁迫下番茄幼苗的Pn、Gs和Tr都有较大幅度地下降,表明低温胁迫对番茄幼苗气孔有明显的抑制作用。同时,植株的Ci显著升高,说明在较低的温度下,气孔的阻滞将对C O2的吸收和气体交换造成不良的影响,光合作用受阻,这与杨鸿基等的研究结果2 8相一致。本研究结果显示,经过5 d的低温胁迫后,A t r d 2 9 A:S l B R I 1转基因植株叶片的Pn、Gs和Tr下降幅度小于MT野生型,Ci增长幅度大于野生型,表明野生型叶片气体交换参数对低温胁迫的敏感性大于转基因型,诱导S l B R I 1的表达能够缓解低温胁迫对植株光合作用的破坏,提高植株的抗寒能力2 9。叶绿素荧光参数包含了极其丰富的生理信息,是检测作物生长发育和光合特性的有效手段3 0。Fv/Fm体现了植物P S光能转换的最大潜能,它反映了P S的原初光能转化效率,Fv/Fm下降表明植株受到光抑制3 1。P S是光化学反应中心,极易受低温影响,主要表现在光能的吸收、转换与电子传递等方面3 2。Fv/Fm是开放P S反应中心的激发能捕获效率3 3。qP是P S光化学猝灭系数,体现在光化学传输中所占P S天线色素吸收的光能的份额,qP下降表明植物光合作用中的暗反应受6481西 北 植 物 学 报 4 3卷到影响7。本研究结果表明,低温显著降低了番茄叶片的Fv/Fm、P S、Fv/Fm和qP,这与在葡萄上的研究结果3 4一致。此类结果说明在光合作用中低温胁迫会破坏P S,并发生光抑制,影响其碳代谢过程中的电子供应3 2,也对番茄幼苗P S的光能转换成化学能有一定程度的阻碍。本研究结果显示,S l B R I 1转 基 因 植 株 在 低 温 环 境 下Fv/Fm、P S、Fv/Fm和qP都显著高于野生型植株,说明诱导S l B R I 1的表达有利于缓解低温对叶绿素荧光参数的影响。I C E 1-C B F-C O R途径作为植物应对低温胁迫的重要一环,在提高植物胁迫应答层面具有不可忽视的效用2 9。C B F s转录因子是低温胁迫过程中的重要分子开关,在一定程度上调控大量与低温相关的基因,I C E 1是其重要的转录调控因子3 5。在响应低温应答过程中,I C E 1转录因子被激活,使其下游基因C B F s及C O R被诱导表达,能够提高自身抵御低温胁迫的能力3 6。植株通过过表达S l C B F 2、S l C B F 3和S l C B F 1提高植物的耐寒性,相关研究表明,低温能有效地诱导C B F 1的表达,C B F的表达量则在低温短期内快速升高,并达到最大值3 7。因此C B F 1基因的表达量和抗冷性之间存在着一定的相关关系,可以作为评价番茄抗冷性的指标之一3 8。在低温胁迫中,S l I C E 1与C B F 1的启动子结合,提高S l C B F 1和S l D R C I 7基因的表达3 9。本研究结果表明,在低温胁迫下所有植株的S l I C E 1、S l-C B F 1、S l C B F 3和S l D R C I 7基因表达水平都显著上升,并且S l B R I1转基因植株的S l I C E 1、S l C B F 1、S l-C B F 3和S l D R C I 7基因的表达水平在低温胁迫后均显著高于MT植株。这与拟南芥相关研究结果4 0一致。这些结果表明,诱导S l B R I 1的表达可能通过I C E-C B F-C O R途径提高番茄植株的抗寒能力。该研究通过对野生型(MT)和S l B R I 1过表达株系(A t r d 2 9 A:S l B R I 1)进行低温处理,较野生型而言S l B R I1过表达缓解了冷害对番茄植株Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、P S、Fv/Fm和qP