油菜素内酯缓解三七丙环唑胁迫的生理和分子机制研究

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三七为多年生阴生植物,种植期间易感染多种病虫害,为保证三七的产量和质量,需投入大量的农药用以防治各种病虫害的侵害。黑斑病是三七中的常见病害,目前在三七的登记农药中,只有苯醚甲环唑、大蒜素和啶氧菌酯用于防治此病害,较少品种的使用农药会诱发病菌产生抗药性,违背了交替用药的科学原则。丙环唑是防治人参黑斑病的登记用药,也被用于三七的实际生产中,并对三七黑斑病的防治起到了显著效果,但对其在三七中的降解规律、用量、以及高浓度的丙环唑对三七生长的胁迫作用尚不清楚。油菜素内酯是天然的植物激素,在响应植物逆境胁迫中起重要的调节作用。本研究主要探讨了丙环唑在三七中的消解特征、对三七生理生化的影响以及2,4-表油菜素内酯(EBR)对丙环唑胁迫的缓解作用,并利用RNA-Seq技术初步探索了EBR缓解三七农药胁迫的分子机制。主要结果如下:(1)丙环唑是采用叶面喷施的一种农药,在三七中的残留量表现为叶>茎>根,降解过程均符合一级动力学方程,配置有效成分为132 g/hm~2的丙环唑,间隔7天,分一次和两次施药,施药后的35~60天,三七根、茎、叶中的丙环唑残留量分别为0.05~0.22、0.71~3.00和10.01~36.44 mg/kg,根据膳食风险评估计算出丙环唑残留量在三七中的风险商均小于1,不会对食用人群产生膳食风险。当丙环唑的处理浓度达到0.6 g/L时(264 g/hm~2),显著增加三七叶片中的活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)、渗透调节物质(可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸)含量、电导率以及抗氧化酶活性,降低了主根中的皂苷含量,以及与农药解毒有关的还原型谷胱甘肽(GSH)含量、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性。表明使用超过0.6 g/L的丙环唑浓度,会对三七产生明显的药害作用。(2)研究外源EBR预处理对丙环唑胁迫下三七生长、干物质积累、皂苷含量、丙环唑降解以及ROS、渗透调节物质含量和抗氧化酶等生理指标的影响。不同浓度的EBR处理对丙环唑胁迫下三七的生长、干物质、皂苷含量的积累、净光合速率以及丙环唑的降解均起到了促进效果,当EBR为0.1mM时效果最佳。外源施加0.1μM EBR,显著增加了丙环唑胁迫下三七叶片中的渗透调节物质和非酶类抗氧化物含量,同时提高抗氧化酶活性、叶绿素含量和PS II最大光化学量子产量,降低了叶片中的ROS、MDA含量和相对电导率。可见,外源施加EBR通过降低丙环唑在三七中的残留量,以及提高对活性氧的清除能力,缓解了丙环唑胁迫对三七造成的损害。(3)利用RNA-Seq技术,对不同处理下三七叶片的转录组数据进行了分析。丙环唑处理与CK相比,产生了568个差异表达基因(DEGs),包括300个上调基因和268个下调基因;与丙环唑处理相比,EBR预处理后得到641个DEGs,包括288个上调基因和353个下调基因。胁迫处理下大部分编码糖基转移酶、谷胱甘肽转移酶相关的差异表达基因下调,谷胱甘肽代谢、淀粉和蔗糖代谢、苯丙氨酸代谢、植物激素信号转导和MAPK信号通路受阻。EBR处理可能通过调节P450、糖基转移酶以及多数编码光合作用、丙酮酸代谢、倍半萜和三萜生物合成、氧化磷酸化代谢以及MAPK信号通路上的基因表达,促进丙环唑的降解,减轻毒害作用,随机选取7个基因进行实时荧光定量验证,结果与测序基本一致,验证了数据的有效性。
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