外源油菜素內(nèi)脂提高黃瓜幼苗低氧耐性的蛋白基礎(chǔ)及光合生理.pdf

1、無土栽培生產(chǎn)實踐中管理不當(dāng)及土壤水分過高容易導(dǎo)致植物根系供氧不足從而影響植株正常生長發(fā)育。黃瓜（Cucumis sativus L.）是世界性的重要蔬菜作物，也是我國設(shè)施栽培的主要蔬菜作物之一。然而，由于黃瓜根系細弱、易早衰、喜濕，但對根際氧氣需求較高，根際低氧逆境下其生長勢較難維持。油菜素內(nèi)酯是能調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的重要激素之一，在促進植物生長、增強抗逆性等方面起著至關(guān)重要的作用。研究表明，外源油菜素內(nèi)酯對低氧脅迫下黃瓜植株呼吸代謝和抗

2、氧化系統(tǒng)相關(guān)酶活性具有一定的調(diào)節(jié)作用，但關(guān)于外源油菜素內(nèi)酯對低氧脅迫下黃瓜植株蛋白及光合研究報道甚少。
　　 本文以耐低氧性較弱的黃瓜品種‘中農(nóng)6號’為試材，采用營養(yǎng)液栽培的方法，通過營養(yǎng)液中添加外源24-表油菜素內(nèi)酯(EBR)，研究了低氧脅迫下油菜素內(nèi)酯對黃瓜幼苗相關(guān)蛋白表達、酶活性及光合作用的影響，探討了油菜素內(nèi)酯在黃瓜植株適應(yīng)低氧脅迫中作用的蛋白基礎(chǔ)及光合生理機制。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.外源油菜素內(nèi)酯對低氧

3、脅迫下黃瓜幼苗生長和可溶性蛋白表達的影響低氧脅迫下，黃瓜幼苗生長明顯受到抑制，根系可溶性蛋白含量降低、而葉片可溶性蛋白含量升高;施用EBR后緩解了低氧脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制作用，其干重、根系總長、根尖數(shù)較單純低氧處理顯著增加，并且使黃瓜幼苗根系的可溶性蛋白含量提高，而使葉片可溶性蛋白含量降低。SDS-PAGE電泳分析表明，低氧脅迫與對照相比，根系中出現(xiàn)相對分子質(zhì)量約為63.96×103的新蛋白條帶，有11種蛋白表達量增強，施用EBR后

4、根系中這些表達增強的蛋白條帶均有所減弱，葉片中則有9種蛋白條帶發(fā)生明顯變化，這些蛋白的表達可能與外源EBR緩解低氧脅迫傷害作用密切相關(guān)，外源EBR可通過調(diào)節(jié)黃瓜幼苗中可溶性蛋白含量及其表達，從而緩解低氧脅迫對幼苗生長的抑制作用，減輕低氧脅迫對植株的傷害。
　　 2.外源油菜素內(nèi)酯對低氧脅迫下黃瓜幼苗根系呼吸酶、抗氧化酶及其相關(guān)基因表達的影響低氧脅迫增強了黃瓜幼苗根系丙酮酸脫羧酶(PDC)、乙醇脫氫酶(ADH)、乳酸脫氫酶(LDH

5、)同工酶的表達，低氧脅迫下施用外源EBR的3d時PDC、ADH同工酶的表達量分別比單純低氧處理提高了18.8％、28.8％,而6、9d時PDC、ADH、LDH同工酶的表達又分別降低19.5％、25.6％、53.4％及26.4％、26.0％、28.4％。低氧脅迫下，異檸檬酸脫氫酶(IDH)、琥珀酸脫氫酶(SDH)、蘋果酸脫氫酶(MDH)及蘋果酸酶(ME)同工酶表達量明顯的加強，低氧下施用外源EBR處理后6、9d明顯增強了IDH、MDH同工

6、酶的表達，而減弱了SDH同工酶的表達。低氧脅迫增強了黃瓜幼苗根系UDPG焦磷酸轉(zhuǎn)化酶(UGPase)及醛縮酶(ALD)的表達，低氧脅迫3、6d UGPase的表達量分別提高了20.50％、30.80％, ALD的表達量分別提高了47.81％、56.17％，與單純低氧處理相比，施用外源EBR處理3 dALD的表達減少了11.20％，6d UGPase減少了22.15％。與對照相比，單純低氧脅迫處理的黃瓜幼苗根系3、6、9d超氧化物歧化酶(

7、SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)同工酶表達量均低于對照，低氧脅迫下營養(yǎng)液增施EBR，其SOD同工酶的表達3、6d比單純的低氧處理分別提高了5.22％、10.25％，POD同工酶的表達也分別增加了13.81％、9.46％，而CAT表達量無明顯差異。油菜素內(nèi)酯對短期根際低氧脅迫下黃瓜幼苗根系呼吸及抗氧化相關(guān)酶基因的表達表明，低氧處理3d黃瓜幼苗根系的ldh、pdc、idh、sdh、mdh、ald、ugpase、pfk、h

8、k、pod基因表達量上調(diào)，cat、sod、fk基因表達量下調(diào)，低氧下外源增施油菜素內(nèi)酯ldh、idh、pfk基因表達量則進一步上調(diào)，而pdc、sdh、mdh、cat、sod、ugpase基因表達量又稍有下降?？梢?，低氧脅迫下營養(yǎng)液添加EBR可調(diào)節(jié)黃瓜根系無氧呼吸、有氧呼吸酶和相關(guān)保護酶同工酶及基因的表達，從而增強黃瓜植株的低氧耐性，緩解低氧脅迫對黃瓜幼苗根系的傷害。
　　 3.外源油菜素內(nèi)酯對低氧脅迫下黃瓜幼苗根系細胞超微結(jié)構(gòu)、

9、ATPase活性及其線粒體抗氧化系統(tǒng)的影響低氧脅迫下，黃瓜幼苗根系線粒體超氧陰離子（O2(-)）產(chǎn)生速率、過氧化氫(H2O2)和丙二醛(MDA)含量顯著升高，根尖細胞受到傷害，ATPase活性及根系活力下降，處理3d其SOD、POD、CAT酶活性均受到誘導(dǎo)高于對照，隨著處理時間延長至6d時又顯著低于對照;而低氧脅迫下營養(yǎng)液施加EBR可在較長時間內(nèi)維持較高的SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性，降低O2(-)產(chǎn)生速率、H2O2和MDA含量

10、，提高了根系活力及其ATPase活性，根尖細胞受傷減輕?？梢娪筒怂貎?nèi)酯對緩解低氧脅迫對黃瓜幼苗根系細胞超微結(jié)構(gòu)、ATPase活性及其線粒體抗氧化系統(tǒng)均有良好的效應(yīng)，可有效緩解低氧脅迫造成的傷害。
　　 4.外源油菜素內(nèi)酯對低氧脅迫下黃瓜幼苗光合作用及其多胺、無機離子含量的影響低氧脅迫下，黃瓜植株的凈光合速率（Pn）、表觀量子效率(AQY)和羧化效率(CE)顯著降低，黃瓜幼苗的PSⅡ有效光化學(xué)效率(Fv'/Fm')、光化學(xué)淬滅系數(shù)

11、(qP)、實際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)、相對電子傳遞速率(rETR)顯著下降，而非光化學(xué)淬滅系數(shù)(qN)和PSⅡ反應(yīng)中心天線耗散能量(Drate)顯著升高，細胞超微結(jié)構(gòu)異常，說明低氧脅迫下黃瓜植株受到了光抑制。而低氧脅迫下，外源EBR可修復(fù)或緩解低氧脅迫對葉綠體和線粒體的傷害，提高植株的Pn、Fv'/Fm'、qP、rETR、ΦPSⅡ以及光化學(xué)反應(yīng)的能量(Prate)，降低天線耗散的能量(Drate)，說明外源EBR對緩解低氧脅迫對黃瓜幼苗

12、光合特性和細胞超微結(jié)構(gòu)的影響均有良好的效應(yīng)，提高光能利用效率，緩解黃瓜植株的光抑制，維持較高的光合性能，從而減輕低氧脅迫對黃瓜幼苗的傷害。
　　 低氧脅迫下，黃瓜幼苗葉片及根系內(nèi)源腐胺(Put)、亞精胺(Spd)、精胺(Spm)、多胺(PAs)總含量和Put/PAs值顯著提高，(Spd+Spm)/Put值顯著降低，根系內(nèi)源多胺變化幅度大于葉片，且幼苗葉片的K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Zn2+、Mn2+及根系的K+、Ca2

13、+、Mg2+、Zn2+等離子含量均顯著下降;外源EBR顯著提高了低氧脅迫下黃瓜幼苗游離態(tài)Spm、結(jié)合態(tài)Spd、Spm及束縛態(tài)Put、Spd、Spm的含量，促進PAs進一步積累，降低Put/PAs比值，提高(Spd+Spm)/Put比值，顯著增加黃瓜幼苗葉片Ca+、Mg2+、Fe3+、Zn2+、Mn2+及根系Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+的含量。可見，外源EBR可調(diào)節(jié)黃瓜幼苗內(nèi)源多胺含量及其形態(tài)，促進植株根系的養(yǎng)分吸收，從而緩解低