黃瓜自毒物質(zhì)對(duì)細(xì)胞生長的影響及緩解機(jī)制.pdf

1、設(shè)施栽培業(yè)已成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的重要組成部分，但是由于設(shè)施栽培復(fù)種指數(shù)高、作物種類單一等特點(diǎn)，隨著栽培年限的增加，連作障礙的發(fā)生十分普遍，嚴(yán)重影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，成為設(shè)施栽培生產(chǎn)中亟待解決的瓶頸問題之一，自毒現(xiàn)象是連作障礙的主要成因之一，在蔬菜作物，特別是瓜類作物中普遍存在。因此，探究自毒現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理并尋求有效的緩解機(jī)制對(duì)連作障礙的研究有著非常重要的理論和實(shí)踐意義。 本文以黃瓜(CucumissativusL.)為試材，

2、研究了自毒物質(zhì)對(duì)黃瓜種子萌發(fā)后胚根生長過程中細(xì)胞分裂、核內(nèi)復(fù)制、細(xì)胞伸長、細(xì)胞氧化還原狀態(tài)及貯藏物質(zhì)代謝的影響，并在此基礎(chǔ)上，研究了蔗糖和抗壞血酸對(duì)黃瓜自毒現(xiàn)象的緩解效應(yīng)。所取得的主要研究結(jié)果如下： 1.黃瓜根系浸提液和根系分泌物均能顯著抑制黃瓜胚根生長。細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)的分析結(jié)果表明，根系浸提液顯著抑制了CDKB、CycA、CycB、CycD3；2基因的表達(dá)，但對(duì)CDKA和CycD3；1基因的表達(dá)沒有產(chǎn)生顯著影響；根系分泌

3、物對(duì)上述6個(gè)細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)都產(chǎn)生了顯著的抑制效果。同時(shí)，根系浸提液和根系分泌物均造成黃瓜細(xì)胞核DNA相對(duì)含量發(fā)生改變，其中2C比對(duì)照顯著降低，8C顯著增加，造成平均倍性(MCV)增加。因此，根系浸提液和根系分泌物對(duì)黃瓜胚根生長所產(chǎn)生的抑制作用可能與細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)的下調(diào)有關(guān)，而核內(nèi)復(fù)制現(xiàn)象的加劇可能是植物對(duì)逆境響應(yīng)的一種保護(hù)機(jī)制。 2.苯基羧酸類化合物(苯甲酸和肉桂酸類衍生物)不同程度地抑制了黃瓜胚根的生長，其中，肉

4、桂酸的抑制效果最為顯著，其抑制效果隨著濃度的增加而提高。苯基羧酸類化合物處理后6小時(shí)即引起細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)量下降，其中有絲分裂的標(biāo)志性基因CycB的變化最為顯著。從細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)對(duì)肉桂酸處理響應(yīng)的時(shí)間變化可以看出，主要作用于G2/M期的基因(CDKB，CycA和CycB)在肉桂酸處理后48小時(shí)內(nèi)表達(dá)量都處于較低的水平，而CDKA，CycD3；1和CycD3；2基因的表達(dá)量僅在處理都較早的時(shí)間段(3-12小時(shí))受到顯著抑制，隨

5、后逐漸接近對(duì)照水平。同時(shí)，苯基羧酸類化合物也引起了核內(nèi)復(fù)制過程的加劇，并且黃瓜根尖細(xì)胞的平均倍性在肉桂酸處理后6小時(shí)即顯著高于對(duì)照。因此，黃瓜根系生長受抑主要是由于細(xì)胞周期相關(guān)基因，特別是負(fù)責(zé)調(diào)控有絲分裂的基因，在轉(zhuǎn)錄水平上的表達(dá)受到自毒物質(zhì)的嚴(yán)重抑制所造成的。另外，自毒物質(zhì)造成的有絲分裂受阻可能也是導(dǎo)致核內(nèi)復(fù)制水平提高的主要原因之一。 3.黃瓜種子萌發(fā)及萌發(fā)后的生長過程中，種子內(nèi)貯藏的油脂逐步轉(zhuǎn)化為蔗糖供種子萌發(fā)后至光合自養(yǎng)前

6、的生長所需。受自毒物質(zhì)肉桂酸影響，在黃瓜胚根生長受抑的同時(shí)，可溶性糖、蔗糖、已糖含量也顯著降低，由此導(dǎo)致總呼吸速率顯著降低；在肉桂酸處理的同時(shí)添加蔗糖后，可溶性糖含量與呼吸速率與對(duì)照無顯著差異。肉桂酸造成的糖含量降低是由于油脂運(yùn)輸分解過程中關(guān)鍵基因表達(dá)量顯著下降造成的，而添加蔗糖后這些基因表達(dá)量提高至對(duì)照水平?？梢?，外源添加蔗糖一方面彌補(bǔ)了肉桂酸導(dǎo)致的糖含量虧缺，另一方面有可能作為信號(hào)分子調(diào)控植物的生長代謝過程。 4.肉桂酸顯著

7、抑制了expansin基因的表達(dá)，說明肉桂酸不僅阻礙了細(xì)胞分裂的進(jìn)行，也抑制了細(xì)胞伸長生長過程。同時(shí)，肉桂酸處理后，AsA/DHA和GSH/GSSG比值顯著降低，即細(xì)胞氧化還原狀態(tài)受到了嚴(yán)重影響。外源添加蔗糖能緩解多種苯基羧酸類化合物對(duì)黃瓜胚根長度造成的抑制現(xiàn)象，這可能與細(xì)胞周期相關(guān)基因和expansin基因的表達(dá)量提高有關(guān)。此外，蔗糖也可能通過調(diào)節(jié)AsA-GSH循環(huán)相關(guān)基因的表達(dá)和AsA-GSH氧化還原狀態(tài)對(duì)細(xì)胞生長產(chǎn)生積極的作用，保

8、護(hù)細(xì)胞免遭自毒物質(zhì)毒害。 5.0.5mM抗壞血酸對(duì)肉桂酸的毒性有很好的緩解效果，同時(shí)還能有效緩解多種苯基羧酸類化合物對(duì)黃瓜胚根長度造成的抑制現(xiàn)象。在肉桂酸處理的同時(shí)添加抗壞血酸后能夠提高細(xì)胞周期相關(guān)基因和抗氧化基因的表達(dá)量，還能顯著提高expansin基因和AO基因的表達(dá)量，抑制POD基因的表達(dá)。說明外源添加抗壞血酸一方面能促進(jìn)細(xì)胞周期的進(jìn)行、抵御細(xì)胞氧化脅迫，另一方面能促進(jìn)細(xì)胞壁松弛、延伸，延緩細(xì)胞壁硬化，提高植物細(xì)胞對(duì)自毒物