外源腐胺緩解黃瓜幼苗鹽脅迫傷害的光合作用機(jī)理.pdf

1、土壤鹽漬化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅是一個(gè)世界性的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是影響全球生態(tài)環(huán)境的重要因素之一。近年來(lái)，隨著設(shè)施園藝面積的不斷擴(kuò)大，我國(guó)已成為設(shè)施園藝大國(guó)。然而，由于不科學(xué)的施肥和灌溉，加之保護(hù)設(shè)施的特殊環(huán)境，導(dǎo)致設(shè)施土壤次生鹽漬化日益嚴(yán)重，制約了我國(guó)設(shè)施園藝健康和可持續(xù)的發(fā)展。黃瓜（Cucumis sativus L.）是我國(guó)設(shè)施栽培面積最廣的蔬菜作物之一，其根系對(duì)鹽漬環(huán)境非常敏感，當(dāng)土壤發(fā)生鹽害時(shí)，黃瓜植株光化學(xué)效率明顯降低，生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)受到顯

2、著抑制，嚴(yán)重影響了黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。多胺（Polyamines，PAs）作為一種新型的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，是生物體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一類具有強(qiáng)烈生物活性的低分子量脂肪族含氮堿。多胺在逆境脅迫中不僅作為一種直接的脅迫保護(hù)物質(zhì)，而且作為一種信號(hào)分子間接地參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，有利于植物逆境脅迫抗性機(jī)制的構(gòu)建。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于多胺可提高逆境脅迫下植物光合作用能力的觀點(diǎn)已得到了普遍認(rèn)可。然而，關(guān)于多胺緩解鹽脅迫下植株光化學(xué)效率下降的機(jī)制至今仍缺乏深入研究。

3、
　　 本文以鹽敏感的黃瓜品種‘津優(yōu)4號(hào)'為試材，采用營(yíng)養(yǎng)液栽培，通過(guò)葉面噴施腐胺（putrecine，Put），研究了外源Put對(duì)鹽脅迫下（75 mmol·L-1NaCl）黃瓜葉片光合器官結(jié)構(gòu)和功能的影響，從光合作用、葉綠體超微結(jié)構(gòu)、類囊體膜脂肪酸組分、類囊體膜蛋白質(zhì)組等方面，探討外源Put調(diào)控鹽脅迫下黃瓜幼苗光合器官結(jié)構(gòu)和功能適應(yīng)性變化的作用機(jī)制。主要結(jié)果如下:
　　 1.葉面噴施5～15 mmol·L-1 Put均

4、能緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜植株光化學(xué)效率造成的抑制，其中以8 mmol·L-1 Put緩解效果最好，顯著提高幼苗光合色素含量，促進(jìn)鹽脅迫下黃瓜幼苗的生長(zhǎng)。
　　 2.鹽脅迫下，葉面噴施8 mmol·L-1 Put顯著提高黃瓜幼苗葉片最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)和保護(hù)性熱耗散（ΦNPQ）能力，降低非調(diào)節(jié)性熱耗散（ΦNO），并且Put顯著增強(qiáng)光耐受能力和電子傳遞能力，降低光損傷程度。說(shuō)明外源Put通過(guò)增強(qiáng)鹽

5、脅迫下黃瓜幼苗葉片熱耗散能力，減輕不可逆光抑制，進(jìn)而緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗光化學(xué)效率的抑制。
　　 3.葉面噴施Put可顯著提高鹽脅迫下黃瓜幼苗單位反應(yīng)中心電子傳遞速率(ETo/RC)，增加原初光化學(xué)產(chǎn)額(Ψo)和電子傳遞量子產(chǎn)額（(Ψ)Eo），而降低單位反應(yīng)中心的能態(tài)淬滅(DIo/RC)、單位反應(yīng)中心吸收的光能（ABS/RC）和單位反應(yīng)中心用于還原QA的能量（TRo/RC），使更多的能量用于光化學(xué)淬滅。表明Put能夠調(diào)節(jié)鹽脅迫下

6、黃瓜幼苗原初光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中電子傳遞和能量分配，優(yōu)化光合器官的結(jié)構(gòu)性能(PIABS)，從而維持鹽脅迫下具有較高的光合作用質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力(DFABS)。
　　 4.葉面噴施Put顯著降低鹽脅迫下黃瓜幼苗類囊體膜十四碳烯酸、棕櫚酸以及總飽和脂肪酸(SFA)的含量，提高十六碳三烯酸、亞油酸、亞麻酸以及總不飽和脂肪酸(UFA)的含量，導(dǎo)致UFA/SFA的比率顯著增加，并且Put也降低了鹽脅迫下黃瓜幼苗類囊體膜脂的氧化程度，類囊體膜上嗜鋨顆粒

7、的數(shù)量減少。這些結(jié)果表明，外源Put通過(guò)提高幼苗類囊體膜上不飽和脂肪酸組分的含量，增強(qiáng)膜脂的流動(dòng)性，降低鹽脅迫對(duì)類囊體膜的氧化破壞，維持葉綠體內(nèi)基粒和基質(zhì)類囊體片層的有序排列，從而提高鹽脅迫下黃瓜幼苗的光化學(xué)效率。
　　 5.利用藍(lán)綠溫和膠凝膠電泳（BN-PAGE）和SDS-尿素-PAGE電泳技術(shù)對(duì)類囊體膜復(fù)合體蛋白亞基進(jìn)行分離，總共有60多個(gè)膜蛋白點(diǎn)通過(guò)肉眼可見。選取差異表達(dá)的34個(gè)蛋白點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜分析，結(jié)果表明，鹽脅迫引起幼苗

8、類囊體膜上能量合成和PSⅡ反應(yīng)中心蛋白表達(dá)下調(diào)，如ATPase CF1、ATPase、CP47、D1、Qb和PsbA等（其中D1、CP47、Qb和PsbA膜蛋白下降幅度較大），而一些膜蛋白在鹽脅迫下表達(dá)上調(diào)，如CP24蛋白、D2和LHCⅡ等。編碼應(yīng)答膜蛋白的基因轉(zhuǎn)錄分析表明，鹽脅迫下，除CP47、LHCⅡ、 D2和Atp1基因外，其它5個(gè)候選轉(zhuǎn)錄子與對(duì)應(yīng)的蛋白豐度表現(xiàn)出了一致的變化。鹽脅迫下，外源Put能夠不同程度地逆轉(zhuǎn)鹽脅迫下類囊體膜

9、蛋白合成和轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)。
　　 6.外源Put處理可顯著提高鹽脅迫下葉綠體內(nèi)超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性，提高參與葉綠體內(nèi)AsA-GSH循環(huán)的過(guò)氧化物酶(APX)、谷胱甘肽還原酶(GR)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)和單脫氫抗壞血酸還原酶(MDAR)的活性，以及增加抗壞血酸(AsA)、氧化性谷胱甘肽(GSSG)、還原性谷胱甘肽(GSH)、單脫氫抗壞血酸(DAsA)的含量，減少活性

10、氧(ROS)的含量，顯著降低鹽脅迫下幼苗葉綠體內(nèi)Na+和Cl-含量的積累。這些結(jié)果表明，Put能夠緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗光合器官誘導(dǎo)的氧化傷害和離子毒害。
　　 7.外源Put顯著提高鹽脅迫下黃瓜幼苗葉片NPQfast組分中高能態(tài)淬滅(qE)，顯著增加鹽脅迫下幼苗葉片紫黃質(zhì)(V)、單環(huán)氧玉米黃質(zhì)(A)、玉米黃質(zhì)(Z)和總的葉黃素庫(kù)（V+A+Z）的含量，并提高DEPS的比率。表明Put通過(guò)調(diào)節(jié)鹽脅迫下類囊體膜能態(tài)化和促進(jìn)葉黃素循環(huán)耗