赤霉素調(diào)控根區(qū)亞低溫下黃瓜幼苗氮吸收和代謝的分子生理機制.pdf

1、氮（N）素是植物合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等含N有機物所需的大量元素，在植物的生命活動中發(fā)揮著極其重要的作用。冬春季節(jié)，設(shè)施內(nèi)的亞低溫甚至低溫逆境致使作物生長發(fā)育遲緩。由于氮肥增產(chǎn)效果顯著，且成本低，導(dǎo)致氮肥超量使用，引起蔬菜品質(zhì)下降、資源浪費、土壤退化和環(huán)境污染風(fēng)險增加等問題。因此減輕亞低溫逆境對農(nóng)作物的不利影響和減少氮肥使用量，對實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)具有重要意義。本文以黃瓜（Cucumis sativus L.）為材料，研究了

2、黃瓜幼苗生長對根區(qū)亞低溫的響應(yīng)，并利用生理學(xué)、分子生物學(xué)和藥理學(xué)等技術(shù)手段，研究了赤霉素（GA）對根區(qū)亞低溫下黃瓜N吸收和代謝的影響機理。主要研究結(jié)果如下：
　　1.研究了根區(qū)亞低溫對黃瓜生長和GA代謝的影響。結(jié)果表明，短期根區(qū)亞低溫脅迫降低了黃瓜地上部和地下部的生物量，外源GA3可解除根區(qū)亞低溫對黃瓜的不利影響。根區(qū)亞低溫處理降低了內(nèi)源GA4的含量。其原因是根區(qū)亞低溫在基因表達(dá)水平上影響了GA代謝關(guān)鍵酶的活性。GA20氧化酶（G

3、A20ox）和GA3氧化酶（GA3ox）基因的表達(dá)水平在根區(qū)亞低溫下表達(dá)下調(diào)，而GA2氧化酶（GA2ox）基因的表達(dá)水平上調(diào)。說明根區(qū)亞低溫通過（至少部分通過）調(diào)控GA代謝過程，減少活性GA的含量來抑制黃瓜生長。
　　2.研究了GA3對根區(qū)亞低溫下黃瓜根系吸收面積、N吸收速率和N積累量的影響。結(jié)果表明，根區(qū)亞低溫顯著減小了黃瓜幼苗的根系面積、15NO3-吸收速率和全株N積累量。GA3緩解了根區(qū)亞低溫對根表面積、15NO3-吸收速率

4、的抑制，使N積累量恢復(fù)到根區(qū)適溫處理的水平。
　　3.研究了根區(qū)亞低溫下黃瓜幼苗N代謝酶活性、N代謝物含量的動態(tài)變化與GA3誘導(dǎo)的NRT基因表達(dá)和15NO3-吸收速率之間的關(guān)系。結(jié)果表明，GA3處理后根區(qū)亞低溫下黃瓜的15NO3-吸收速率逐漸增大，CsNRT1基因的表達(dá)水平也逐步增多和升高。與此同時，NR、GS和GOGAT等N代謝酶活性及相應(yīng)編碼基因的表達(dá)也逐漸提高，而組織NO3-N含量和總游離氨基酸含量在短時間（4 h）內(nèi)顯著下

5、降，隨后又逐漸升高。利用N代謝關(guān)鍵酶的抑制劑鎢酸鈉、L-蛋氨酸砜亞胺、氮雜絲氨酸和氨氧乙酸分別提高內(nèi)源NO3-、NH4+、Glu和Gln后，GA3對黃瓜根NO3-吸收的促進(jìn)作用受到明顯抑制。表明GA通過刺激生長，增強N需求，降低組織N營養(yǎng)水平，解除反饋抑制的間接方式調(diào)控根區(qū)亞低溫下黃瓜的NO3-吸收。
　　4.研究了外源GA3對根區(qū)亞低溫下黃瓜葉片N代謝過程能量和碳（C）骨架流向的影響。結(jié)果表明：與根區(qū)適溫處理相比，根區(qū)亞低溫使黃

6、瓜幼苗生長受抑，葉片光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的光化學(xué)活性、光合放氧速率、CO2同化速率（Pn）、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性等降低，單株C與N積累量的比值（C/N）升高了2.85％，向N代謝分配的能量減少了29.8%。根施 GA處理緩解了根區(qū)亞低溫對黃瓜生長的抑制，使葉片光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的光化學(xué)活性、光合放氧速率、Pn、PEPCase和SPS活性等都有不同程度地提高，C/N值和N代謝分配的能量恢復(fù)至