论文部分内容阅读
土壤盐碱化是影响农业可持续发展的重要限制因素，关于NaCl等中性盐对蔬菜作物胁迫及其调控机理已有深入研究，但是关于蔬菜作物适应碱性盐胁迫的研究尚不深入。黄瓜（Cucumis sativus L.）是世界范围内广泛栽培的蔬菜作物之一，对盐碱耐性较差，探究黄瓜耐盐碱生理机制及调控措施，对盐碱地区黄瓜的可持续生产具有重要意义。本论文从不同角度研究了外源油菜素内酯对黄瓜碱胁迫的缓解效应，主要结果如下： 1.外源2,4-表油菜素内酯（24-Epibrassinolide,EBR）缓解了NaHCO3对黄瓜种子萌发的抑制 随着NaHCO3胁迫浓度的增加，黄瓜种子萌发率逐渐降低。外源EBR显著缓解了NaHCO3对黄瓜种子萌发的抑制，提高了胁迫下种子萌发率、萌发速度、种子活力以及SOD、POD、CAT的活性，缓解了碱胁迫导致的氧化损伤；提高了NaHCO3胁迫下黄瓜种子淀粉酶活性，降低了淀粉含量。外源EBR还上调了NaHCO3胁迫下赤霉素（GA）合成相关基因GA20ox及GA3ox的表达，下调了脱落酸（ABA）合成基因NCED1及NCED2的表达，提高了黄瓜发芽种子内GA3含量，降低了ABA的积累。 2.外源EBR提高了NaHCO3胁迫下黄瓜幼苗的光合性能 NaHCO3胁迫下，植株生长和光合作用受到显著抑制，叶绿素含量、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（ФPSII）、天线转化效率（Fv/Fm）、光化学猝灭系数（qP）显著下降，这说明NaHCO3胁迫导致光合系统受损，电子传递紊乱。 外源EBR缓解了NaHCO3胁迫导致的叶片黄化及其对生长的抑制，提高了净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）、最大光化学效率（Fv/Fm）、实际光化学效率（PSII）、天线转换效率（Fv’/Fm’）和光化学猝灭系数（qP），这说明外源EBR通过调控PSⅡ光化学系统的活性，稳定了NaHCO3胁迫下光合系统内的电子传递，提高了光能向化学能的转化效率。此外，NaHCO3胁迫阻碍了叶绿素的合成，其阻碍位点在PBG转化到UROⅢ的过程中，同时提高了叶绿素酶的活性，降低了PBGD活性，这可能是碱胁迫下黄瓜叶绿素降低的重要原因。外源EBR提高了胁迫下黄瓜叶片中PBGD活性，并降低了叶绿素酶活性，从而提高了叶绿素的含量。 3.外源EBR有利于维持NaHCO3胁迫下黄瓜植株的活性氧平衡 NaHCO3胁迫显著诱导了黄瓜植株O2·-产生速率和H2O2的积累，导致膜脂过氧化产物MDA含量和电解质渗透率提高。NaHCO3胁迫下，抗氧化酶SOD、POD、CAT、APX活性及抗氧化物质AsA、GSH含量随胁迫时间延长呈现先升后降的趋势。外源EBR显著提高了NaHCO3胁迫下黄瓜植株抗氧化酶活性、抗氧化物质的含量以及AsA/GSH和GSH/GSSG比值，维持了NaHCO3胁迫下黄瓜植株内的氧化还原平衡，降低了活性氧（ROS）积累水平和膜脂过氧化程度，从而缓解了NaHCO3胁迫造成的氧化伤害。 4.外源EBR促进了NaHCO3胁迫下黄瓜植株的离子平衡和碳氮代谢 NaHCO3胁迫显著促进了黄瓜植株中Na+的积累，降低了K+、Ca2+、Mg2+的含量，从而使Na+/K+、Na+/Mg2+和Na+/Ca2+比值均显著升高。外源EBR降低了碱胁迫下黄瓜体内Na+的积累，降低了Na+/K+比、Na+/Mg2+比、Na+/Ca2+比，同时提高了K+、Ca2+、Mg2+的含量，从而维持了碱胁迫下黄瓜植株体内的离子平衡。NaHCO3胁迫导致黄瓜植株体内C、N代谢失调，硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合酶（GS）、谷氨酸合酶（GOGAT）、谷草转氨酶（GOT）、谷丙转氨酶（GPT）活性显著降低，GDH活性先升后降，NH4+大量积累，NO3--N和总N含量显著降低，外源EBR缓解了碱胁迫对NR、GS、GOGAT、GOT、GPT活性的抑制，缓解了长期碱胁迫导致的GDH活性的下降，提高了黄瓜幼苗体内NO3--N和总N含量，缓解了碱胁迫导致的NH4+的毒害。NaHCO3胁迫导致叶片中淀粉积累，根系中淀粉含量显著降低。外源EBR通过调节碳水化合物相关代谢酶的活性，缓解了叶片中淀粉积累对光合的负反馈抑制作用，调控了碱胁迫下黄瓜体内碳水化合物的合成与分配。 5.外源EBR调控的有机酸代谢和激素平衡在黄瓜适应碱胁迫中发挥重要作用 NaHCO3胁迫下，不同种类的有机酸含量变化有所差异，IDH、MDH等TCA循环相关酶活性显著下降，外源EBR提高了NaHCO3胁迫下黄瓜叶片及根系中有机酸的积累，提高了TCA循环相关酶的活性，从而缓解了NaHCO3胁迫导致的高pH胁迫。NaHCO3胁迫导致黄瓜幼苗体内ABA积累，IAA含量显著降低，外源EBR提高了NaHCO3胁迫下黄瓜体内IAA、GA3含量以及IAA/ABA和GA3/ABA，维持了NaHCO3胁迫下黄瓜体内的激素平衡。 6.解析了NaHCO3胁迫下外源EBR调控的基因表达模式 转录组分析显示，NaHCO3胁迫下添加外源EBR后，共有525个基因上调表达，360个基因下调表达。对差异基因的分析结果显示，外源EBR通过调控ROS清除、TCA循环、离子转运、氮代谢及水孔蛋白相关基因的表达，从而提高了黄瓜的耐碱性。此外，EBR还调控了大量转录因子相关基因的表达，其中激素信号、Ca2+信号及MAPK信号在EBR诱导的耐碱性中可能发挥了重要作用。 7.NO介导了外源BR对黄瓜NaHCO3胁迫的缓解过程 发现了NR合成抑制剂Tungstate、NOS合成抑制剂L-NAME及NO清除剂cPTIO可显著降低外源BR的保护作用，而BR合成抑制剂（BRz）对外源NO的缓解效应影响不大，因此，NO作为BR的下游参与外源BR调控的黄瓜幼苗的耐碱性。qRT-PCR分析表明，外源BR和NO均能显著提高质膜Na+/H+反向转运体（SOS1）、液泡膜Na+/H+反向转运体（NHX2）等抗性基因的表达以及质膜H+-ATPase、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase的活性。