硅调控葡萄碳代谢应答低温胁迫的生理与分子机制研究

At present, grape suffered from different levels of cold damage in every year in cold areas of China, this research is to serve for study the regulation mechanisms of different silicon levels and forms on carbon metabolism of grape, making clear on the variation of dry matter accumulation in grape roots and stems, analyzing the dynamic change laws of metabolisms, key enzymes activities and hormones contents during different growth stages, using qRT-PCR to analyze the expression trends of key enzyme genes of carbon metabolism and hormone response genes under low temperature stress, identifying the molecular regulation mechanisms of silicon treatments on carbon metabolism. Through relative analyzing the relation of different silicon concentrations and forms, carbon metabolisms, enzyme activities and gene expressions, hormones and gene expressions, forming the physiological and molecular mechanisms of silicon regulates hormones, carbon metabolism and cold resistance of grape. The results will provide the theoretical basis on fair using silicon fertilizer and safely over-winter of grape, in addition, the results can accumulate experiences for clarify the biology mechanisms of silicon promoting cold resistance of plants.

针对葡萄每年遭受不同程度的冻根和寒害问题，系统的研究不同硅素水平及形态对葡萄碳代谢的调控机理，明确葡萄根系和枝条内干物质积累的变化规律，分析碳代谢产物、关键酶活力、内源激素含量在不同生育期间的动态变化规律，并采用qRT-PCR技术对施硅调控下各生育期葡萄体内与碳代谢关键酶基因、激素响应低温胁迫基因的表达动态进行分析，明确硅素处理在转录水平上对碳代谢的调控机理。通过不同硅素浓度水平和形态、碳代谢产物、酶活力及相应酶基因表达、内源激素及相应基因之间的相关分析，形成硅素调控内源激素、碳代谢、葡萄抗寒（S-H-C-C）的生理及分子机制。其研究成果可为葡萄合理使用硅肥、安全越冬提供理论依据，也可为进一步阐明硅提高耐低温的生物学机制等问题积累经验。

针对葡萄每年遭受不同程度的冻根和寒害问题，研究不同硅素水平对葡萄碳代谢的调控机理，明确葡萄体内干物质积累的变化规律，分析碳代谢产物、关键酶活力、内源激素含量在不同生育期间的动态变化规律，并采用qRT-PCR技术对施硅调控下与碳代谢关键酶基因、激素响应低温胁迫基因的表达进行分析，明确硅素处理在转录水平上对碳代谢的调控机理。结果表明合理施用硅酸钾能调节葡萄内源激素ABA、IAA、GA3、6-BA及CTK含量及相应基因的表达水平，但是葡萄不同组织对低温条件下硅酸钾的响应不同。外源ABA调控SS、SPS、Inv、Amy和SP活性，调节植株内蔗糖、果糖、葡萄糖和淀粉含量，增强抗寒力。秋冬季低温锻炼提高蔗糖含量及SS和SPS酶活性，浆果成熟期后较高的SS、SPS、Amy和较低的Inv、SP酶活性提高枝条内蔗糖、淀粉比例，提高葡萄的抗寒性。不同生育期施用硅酸钾可提高低温处理下脯氨酸、丙二醛、淀粉、蔗糖、总可溶性糖、可溶性蛋白，叶绿素、硅素的含量，降低冰点、增加PSⅡ反应中心在低温下的热耗散，减少光合电子的传递，增大细胞水合度等，提高抗寒性。通过SOD、POD、CAT保护酶的协同作用，使活性氧维持在一个低水平，减少膜脂过氧化。施用硅酸钾促进葡萄叶片SPS、SS、PEPC和RUBPC基因表达量增加，促进蔗糖和淀粉的合成，同时更低温度下减少Inv、SSS基因表达量而减少蔗糖的分解及淀粉的合成。SS、SPS、Inv、PEPC、RUBPC、SSS酶活性及基因表达水平的协调作用，调节渗透调节物质在细胞内平衡关系。.因此，外源硅酸钾在不同生育时期，通过提高植株体内硅素、叶绿素含量、膜稳定性、根系活力，调整气孔开度，调节内源激素含量及相应基因的表达，调控抗氧化酶、糖代谢相关酶活性及相应基因的表达量、减少膜脂过氧化、提高渗透物质含量来降低低温对葡萄的伤害作用，其研究成果可为葡萄合理使用硅肥、安全越冬提供理论依据。