BR对番茄等渗盐胁迫抗性的诱导作用及机理研究

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土壤次生盐渍化问题已成为制约设施蔬菜产业可持续发展的瓶颈,Ca2+和NO3-积累是设施盐渍化土壤的主要成因。目前,关于蔬菜耐盐性的研究多集中于Na Cl胁迫,不能准确反映土壤次生盐渍化对设施蔬菜的伤害机理。油菜素内酯(BR)能够诱导作物的抗逆性,但其对蔬菜作物等渗盐胁迫抗性的差异调控机制尚未明确。本试验以番茄品种‘Money maker’为试材,采用水培法,研究了等渗Ca(NO3)2和Na Cl胁迫(盐溶液渗透势均为-0.97 MPa)下外源BR(0.1μmol/L)对番茄幼苗生长、生理特性(生物量、水分代谢、根系形态、光合荧光参数、离子稳态、抗氧化和渗透调节系统等)和蛋白质组的影响,旨在为通过施用BR进行设施番茄抗逆栽培提供理论依据。主要结果如下:1.等渗盐胁迫下,番茄叶片相对含水量和水势、根系水力学导度、根总长和总表面积均显著降低,植株生长受到显著抑制;外源BR改善了等渗盐胁迫下番茄幼苗的水分状况,缓解了盐胁迫对根系生长的抑制效应,促进了生物量积累,且对Ca(NO3)2胁迫的缓解作用更显著。2.等渗盐胁迫下,番茄叶片显微结构受到破坏,气孔导度、蒸腾速率、PSⅡ有效光化学效率、PSⅡ实际光化学效率、光合电子传递速率、光化学淬灭系数均显著降低,非光化学淬灭系数显著升高。外源BR减轻了两种盐胁迫对番茄叶片结构的损伤,提高了PSⅡ反应中心活性、电子传递速率和净光合速率,且其对Ca(NO3)2胁迫下叶片原初反应进程的调控效应优于Na Cl胁迫。3.等渗盐胁迫3、5 d时,番茄植株的相对电导率和质膜透性显著升高;叶片过氧化氢(H2O2)含量显著增加;同时,Na Cl胁迫促进叶片超氧阴离子(O2·)积累,而Ca(NO3)2胁迫下叶片丙二醛(MDA)含量显著升高。外源BR促进了盐胁迫植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性升高,分别使Ca(NO3)2胁迫下叶片MDA含量和Na Cl胁迫下叶片O2·和H2O2含量显著降低;同时,在胁迫第3 d,叶片As A/DHA比值均显著升高。表明外源BR通过诱导抗氧化酶活性升高或抗氧化物质积累来降低活性氧对细胞的伤害,以此增强植株的抗氧化能力和耐盐性,且其对Ca(NO3)2胁迫的调控效应更显著。4.等渗盐胁迫下,番茄幼苗可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸等有机渗透调节物质积累;叶中K+含量显著降低,茎中则显著增加;Ca(NO3)2胁迫下,叶、根中Na+含量降低,而Na Cl胁迫下各部位中Na+含量均显著增加。外源BR提高了两种盐胁迫植株各部位的K+含量,降低Na+含量,从而有效调控离子稳态;并提高了Ca(NO3)2胁迫可溶性糖、可溶性蛋白含量,以及Na Cl胁迫下可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸、脯氨酸含量,增强了细胞的保水和吸水能力。5.等渗盐胁迫诱导的差异蛋白主要参与了光合作用、胁迫响应、抗氧化防御等代谢或信号通路,且Na Cl胁迫诱导的差异蛋白数多于Ca(NO3)2胁迫;同时,Na Cl胁迫对核糖体途径和光合作用相关蛋白的损伤程度强于Ca(NO3)2胁迫。外源BR促进两种盐胁迫下卟啉和叶绿素代谢、蛋白折叠和渗透胁迫响应相关蛋白上调表达,并特异诱导Na Cl胁迫下Psa A/Psa B、CP43/CP47、ATP合酶、HSPs等蛋白的上调表达,从而促进盐胁迫植株的光合性能恢复以及能量代谢和受损蛋白的修复,进而提高植株的耐盐性。
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