油菜高光效生理特征体系的建立及其调控机制研究

针对当前栽培措施面临的油菜增产瓶颈的问题，基于油菜角果皮与叶片的贡献率差异性原理，以不同光效基因型的油菜为研究材料，用光合促进剂和光合抑制剂分别处理油菜的叶片和角果，通过14C分子示踪及光合酶测定等方法探索油菜角果和叶片的差异性光合调控机制。通过分析不同光合效率下油菜叶片和角果皮中的光合生理参数以及叶绿素含量、可溶性蛋白含量、SOD活性、POD活性、MDA含量等简单的生理特征参数的变化，建立油菜光合效率与光合生理及抗逆生理参数间的线性或非线性关系，构建油菜的高光效生理特征体系。项目预期将揭示油菜叶片和非叶器官（角果）的差异性光合作用机理，初步明确油菜非叶器官中光合酶的调控机制。项目的研究成果对于提高油菜光合利用率，增加油菜单产具有重要意义，可以为油菜高光效育种和栽培技术提供理论依据。

针对当前我国油菜的产量瓶颈问题，从光合速率与产量之间的关系入手，采用分子示踪、荧光检测、光合作用的正反向调控以及生理生化指标连续监测等手段，分析比较不同光效基因型油菜的光合特性、叶片和非叶器官光合衰退进程，探讨油菜光合及生理生化指标对不同光合调控剂的响应，建立了油菜高光效的生理特征体系，初步明确了油菜高光效的生理调控机制。结果如下：（1）首次明确了油菜光合速率与产量间的关系。苗期和花期的光合速率均与产量呈显著正相关。苗期光合速率对植株的影响主要表现在农艺性状和产量上；花期光合速率主要通过影响单株有效角果数进而影响产量；蕾薹期的光合速率则对品质相关性状影响较大。（2）明确了油菜高光效的光合生理特征。高光效油菜具有高光合速率和高产并存的特点，同时具有较长的光合高值持续期，较高的表观光量子效率和光饱和点以及较低的光补偿点和适中的光呼吸速率，对高温、高光强的耐受性较强等特点。（3）首次建立了油菜的高光效生理特征体系。苗期干重、花期总节数和绿叶数、分枝位、一次有效分枝数以及单株有效角果数等可以作为高光效筛选的生物学特性指标；而RuBP羧化酶、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、SOD活性、CAT活性以及MDA含量等可以作为高光效油菜筛选的生理生化指标。（4）首次发现了油菜角果皮中C4途径酶的存在。对油菜角果中C4途径酶的研究结果表明，油菜角果皮中能够检测到PEPCase、NADP-MDH、NADP-ME和PPDK等C4途径关键酶的存在，高光效的光合特征可能与其具有较高的RuBP羧化酶活性及较高的C4途径酶活性有关。（5）开展了油菜高光效的正反向调控研究，初步揭示了油菜高光效的生理调控机制。不同光合调控剂的研究结果表明，当油菜受光氧化胁迫逆境时，不同品种对光氧化胁迫后的反应不同，这主要是归因于不同油菜品种间在抵御光氧化胁迫时的初级抗氧化酶种类不同；当受到光合促进剂NaHSO3处理时，低浓度NaHSO3促进了油菜光合作用，其主要原因是促进了油菜叶绿素b含量的相对增加，进而提高了光能吸收和传递效率。（6）系统地开展了冻害、渍害、干旱、低磷等环境因子胁迫对油菜光合及其生理生化指标的影响研究，总结分析并比较了不同逆境胁迫对油菜的光合生理响应特征和差异性反应，初步明确了油菜光合对不同逆境因子的响应机制。结合植物碳同化进化原理，探讨了逆境因子调控诱导油菜C4途径或C4微循环的可能途径和方法。