肉桂酸胁迫下外源硅对黄瓜种子萌发和生长的影响

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:phlok1985
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肉桂酸(CA)是引起黄瓜自毒作用的根系分泌物中最主要的自毒物质之一。肉桂酸的过量积累对植物的种子萌发、幼苗生长、产量及品质形成都有显著的抑制作用。硅(Si)在植物的生长发育和缓解植物生物胁迫与非生物胁迫中发挥着重要作用。因此,本研究以CA敏感型‘新春四号’黄瓜为试验材料,研究了CA模拟自毒作用条件下Si对黄瓜种子萌发生长、可溶性糖动员、呼吸作用和植物激素水平的动态变化以及转录组的影响。旨在探索Si对黄瓜种子萌发期CA胁迫的缓解效用,阐明Si调控黄瓜CA耐受能力的生理和分子机制,为克服黄瓜连作障碍提供了新的理论依据。主要研究结果如下:1.2.0 m M CA处理显著抑制了黄瓜种子活力指数的升高和胚根、胚轴的伸长。同时,显著促进了丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)积累和超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增强。9 m M的偏硅酸钠(Na Si O3·9H2O)溶液预处理提高了CA胁迫下种子的活力指数、胚轴长、胚根长以及全株鲜干重;减少了MDA和Pro的积累,降低了SOD、CAT和过氧化物酶(POD)活性,缓解效果显著。2.外源Si处理加快了CA胁迫下黄瓜种子中可溶性糖的转化速率,其变化曲线趋于CK,同时增强了中性转化酶(NI)、酸性转化酶(AI)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性,显著促进了发芽后种子内蔗糖、葡萄糖和麦芽糖的降解以及果糖的合成,从而维持了发芽后黄瓜种子体内正常的可溶性糖类动员。3.CA胁迫下,外源Si显著增强了黄瓜种子内PPP途径中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)活性和发芽后EMP途径中己糖激酶(Hx K)、丙酮酸激酶(PK)和磷酸果糖激酶(PFK)活性,促进了葡萄糖的分解利用;同时,Si也通过提高TCA途径中柠檬酸合酶(CS)、线粒体异柠檬酸脱氢酶(NAD-IDH)和线粒体苹果酸脱氢酶(NAD-MDH)活性以及乙酰Co A含量,增强了种子的呼吸代谢过程,从而促进ATP合成,在一定程度上缓解了CA胁迫对萌发期黄瓜种子呼吸代谢途径的抑制效应。4.CA胁迫下,Si预处理显著提高了脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)和茉莉酸(JA)、玉米素(ZT)和生长素(IAA)以及GA3/ABA、JA/ABA和(ZT+IAA+GA3)/ABA比值,降低了SA/ABA比值,说明Si可以通过增强黄瓜种子对CA胁迫的抗性来促进种子萌发后幼苗的建成。5.通过转录组测序技术对浸种期和萌发期的黄瓜种子进行分析,浸种期Si处理与CK间共筛选到233个差异表达基因(DEGs),包括113个上调基因和120个下调基因;萌发期CA+Si处理与CA处理共有522个DEGs,包括329个上调基因和193个下调基因。GO富集分析发现,Si调控的差异基因主要显著富集在几丁质分解代谢过程、细胞壁大分子分解代谢过程、碳水化合物代谢过程、丙酮酸代谢过程、抗氧化反应、跨膜转运等。KEGG通路注释发现,Si调控的差异基因主要显著注释到苯丙烷类生物合成、MAPK信号通路-植物、植物激素信号转导、内质网中的蛋白质加工、植物-病原相互作用、丙酮酸代谢等通路。对苯丙烷类生物合成、MAPK信号通路-植物、植物激素信号转导和内质网中的蛋白质加工等KEGG通路中的DEGs进行功能注释发现,Si可能主要通过调节过氧化物酶、促分裂原活化蛋白激酶激酶激酶17/18、EIN3结合F-box蛋白、WRKY转录因子、脱落酸受体PYR/PYL家族、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、SAUR家族蛋白、DELLA蛋白、双组分响应调节器ARR-A家族、转录因子MYC2和热休克蛋白等基因的表达来提高黄瓜种子在萌发过程中对CA的耐受性。综上所述,CA胁迫下,外源Si通过缓解黄瓜种子氧化损伤、加快糖类物质动员、增强呼吸作用、调控各类激素水平变化以及诱导抗逆基因转录水平来提高黄瓜种子的抗性,从而促进种子萌发和生长。
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