外源油菜素內(nèi)酯緩解黃瓜低氧脅迫傷害的生理機(jī)制.pdf

1、洪澇災(zāi)害及無土栽培生產(chǎn)中管理不當(dāng)極易使農(nóng)作物根系供氧不足，造成低氧脅迫，并最終導(dǎo)致其生長和產(chǎn)量的下降。黃瓜（Cucumis sativusL.）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，根際低氧逆境是生產(chǎn)上影響其生育的一個重要因素。
　　本實驗室前期的研究表明，低氧脅迫條件下，外源油菜素內(nèi)酯促進(jìn)了黃瓜幼苗植株碳水化合物從葉片向根系的分配，提高了根系糖酵解代謝酶活性，增強(qiáng)了抗氧化酶活性并降低ROS產(chǎn)生，從而提高了黃

2、瓜幼苗植株抵抗低氧脅迫的能力。然而，形態(tài)適應(yīng)響應(yīng)、光合性能、氮代謝等也與植物的低氧逆境生存密切相關(guān)。因此，本文以耐性較弱的黃瓜品種‘中農(nóng)6號’為試材，研究了油菜素內(nèi)酯對低氧脅迫下黃瓜植株的形態(tài)結(jié)構(gòu)適應(yīng)、光合作用、氮代謝及脅迫解除后的恢復(fù)能力的影響，以進(jìn)一步了解其緩解植物低氧脅迫傷害的作用機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.外源油菜素內(nèi)酯對黃瓜形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)和乙烯合成的影響
　　低氧脅迫后，下胚軸出現(xiàn)大量皮孔和不定根，根系出現(xiàn)通

3、氣組織;EBR進(jìn)一步促進(jìn)了植株的形態(tài)適應(yīng)響應(yīng)。低氧脅迫顯著提高了植株乙烯合成，1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合酶(ACS)活性顯著增加; EBR明顯緩解了低氧脅迫下SAMs蛋白的降解，對根系和下胚軸的乙烯產(chǎn)生具促進(jìn)作用。低氧條件下，根系和下胚軸中與細(xì)胞壁降解有關(guān)的酶活性均顯著增加，EBR顯著促進(jìn)了脅迫初期下胚軸果膠酯酶(PME)及根系多聚半乳糖醛縮酶(PG)的活性。結(jié)果說明，低氧脅迫下植株通過不定根、通氣組織等的形成緩解低氧傷害，EBR進(jìn)一步

4、增強(qiáng)了脅迫植株的形態(tài)適應(yīng)響應(yīng)。低氧脅迫下植株乙烯合成顯著增加，與細(xì)胞壁降解有關(guān)的酶活性也明顯提高，這可能是黃瓜植株發(fā)生形態(tài)適應(yīng)的生理基礎(chǔ)。
　　2.外源油菜素內(nèi)酯對黃瓜幼苗光合性能的影響
　　低氧脅迫導(dǎo)致黃瓜幼苗葉片葉綠素降解、氣孔關(guān)閉、光合作用受到顯著抑制，植株葉片的光飽和點（LSP）、羧化效率(CE)、RuBP最大羧化速率（Vcmax）和RuBP的最大再生速率（Jmax）顯著降低，Rubisco大亞基（RBCL）蛋白豐度

5、明顯降低，1，5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)活性被顯著抑制。EBR可恢復(fù)低氧脅迫植株葉綠素的合成，顯著提高植株羧化效率及利用高光強(qiáng)的能力。添加EBR部分阻止了RBCL降解，解除了低氧對RuBPCase活性的抑制。低氧脅迫導(dǎo)致植株葉片PSⅡ光能利用效率降低，PSⅡ激發(fā)壓顯著提高，用于光化學(xué)反應(yīng)的吸收光能比例降低，兩光系統(tǒng)間激發(fā)能分配明顯不平衡。EBR提高了低氧脅迫下植株的PSⅡ反應(yīng)中心活性。結(jié)果表明，EBR通過改善低氧脅迫下幼

6、苗利用強(qiáng)光及CO2進(jìn)行光合作用的能力、保護(hù)PSⅡ反應(yīng)中心、改善植株的吸收光能分配，緩解了低氧脅迫對黃瓜幼苗光合作用的抑制。
　　3.外源油菜素內(nèi)酯對黃瓜幼苗氮代謝的影響
　　低氧處理顯著降低了植株葉片總氮含量，EBR使脅迫植株葉片總氮積累恢復(fù)至對照水平。低氧脅迫后葉片硝態(tài)氮含量提高，而根系中的含量則降低;銨態(tài)氮變化與硝態(tài)氮相反，其積累在葉片中減少而在根系中增加。低氧脅迫下，根系硝酸還原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)活性被誘

7、導(dǎo)提高，隨后降低至對照，GOGAT活性則顯著低于對照。葉片NR活性受到低氧抑制，NiR、GOGAT、NAD+-GDH活性則先被誘導(dǎo)隨后降低;葉片NADH-GDH活性也受到低氧誘導(dǎo)，至處理末期時顯著高于對照。EBR顯著提高了脅迫植株根系NR活性及葉片NiR、NAD+-GDH活性。結(jié)果表明，黃瓜植株通過增強(qiáng)硝酸還原、加強(qiáng)氮代謝緩解低氧脅迫傷害;EBR通過增強(qiáng)根系NR及葉片NiR、NAD+-GDH活性緩解逆境傷害。
　　4.外源油菜素內(nèi)

8、酯對黃瓜幼苗抗氧化同工酶表達(dá)的影響
　　低氧脅迫下葉片和根系超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生顯著增加，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量顯著增加。通氣條件下，葉片和根系中的抗氧化酶同工酶表達(dá)模式存在差異。低氧脅迫使幼苗根系的抗氧化同工酶表達(dá)譜帶發(fā)生了變化，處理8d時根系超氧化物歧化酶(SOD)同工酶表達(dá)活性顯著提高，而過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化物酶(POD)出現(xiàn)下調(diào)。低氧促進(jìn)了葉片POD、APX的同工酶表

9、達(dá)活性，但對SOD和CAT的同工酶譜帶和表達(dá)活性無明顯影響。添加EBR降低了葉片和根系的O2產(chǎn)生，減少了MDA的積累。與單純低氧脅迫植株相比，添加EBR調(diào)節(jié)了抗氧化酶同工酶譜帶，進(jìn)一步下調(diào)了根系和葉片的抗氧化同工酶蛋白活性。結(jié)果表明，EBR降低了低氧脅迫幼苗的活性氧產(chǎn)生，下調(diào)了抗氧化酶同工酶的表達(dá)活性。
　　5.外源油菜素內(nèi)酯對恢復(fù)通氣后的黃瓜生長、光合性能及產(chǎn)量的后效應(yīng)
　　低氧脅迫結(jié)束恢復(fù)通氣時黃瓜幼苗生長速度明顯加快，

10、但恢復(fù)6天時生物量仍明顯低于對照;EBR顯著促進(jìn)了恢復(fù)通氣的幼苗生長。脅迫9d時，非氣孔因素明顯降低了黃瓜幼苗的光合氣體交換。恢復(fù)通氣2d后，由于RuBP再生加快及表觀量子效率的提高，脅迫植株的CO2同化能力恢復(fù)至對照。EBR解除了低氧脅迫對植株氣體交換的抑制，提高了恢復(fù)植株的PSⅡ光化學(xué)活性。幼苗期低氧脅迫處理的植株單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量均較對照顯著下降，脅迫時添加EBR的植株單株結(jié)果數(shù)明顯增加，單株產(chǎn)量恢復(fù)至對照水平。苗期低氧對黃瓜果