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土壤盐渍化是限制植物生长的主要环境因子之一,不断增加的盐渍土壤面积使盐胁迫问题日趋严峻。盐渍土壤中最普遍存在的可溶性盐是NaCl,当其浓度达到40 mM时土壤就成为盐土。高浓度的盐在根系周围形成高渗环境,造成植物水分亏缺、离子失衡,严重影响植物生长、降低产量。黄瓜(Cucumis sativus L.)是全球种植广泛、经济效益好的蔬菜作物,但其根系分布浅且脆弱,对根际盐浓度非常敏感,容易发生盐害。多胺是一类具有强烈生理活性的低分子量脂肪族含氮碱,在生理pH下带正电,能参与调控植物生长与成熟、衰老及对非生物胁迫的响应。近年来,研究多胺与植物逆境间关系的手段越来越多,从多种角度探究多胺提高非生物胁迫抗性的机制已成为研究热点,然而多胺提高植物盐胁迫抗性的机理非常复杂,其具体的分子机制还有待继续深入阐明。本文以盐敏感的黄瓜品种’津春2号’为试材,采用营养液栽培的方法,通过根施0.1 mM外源亚精胺(Spd),研究了 75 mM NaCl胁迫下外源Spd对黄瓜幼苗生长状况,Na~+、K~+分布,多胺代谢,叶片、根系蛋白质组差异蛋白,光合作用,糖酵解,及结果期光合作用、果实产量和品质的影响,为进一步研究外源Spd提高黄瓜植株耐盐性的分子及生理机制奠定基础。主要研究结果如下:1.NaCl胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制随胁迫时间的延长而加剧,表现出株高、地上部、地下部鲜重的显著降低,根施外源Spd可显著缓解以上伤害。NaCl胁迫下叶片和根系中Na~+含量增加、K~+含量降低,施加外源Spd能从器官水平调控K~+、Na~+的分布。X-ray微区分析表明,与NaCl胁迫相比,施加外源Spd减少Na~+在根系表皮、皮层的装载,减少K~+从叶肉中流失。2.NaCl胁迫下黄瓜幼苗根系、叶片中三种形态Put的含量显著增加,施加外源Spd可显著提高三种形态Spd和Spm的含量,减少游离态Put并促进其向结合态和束缚态的转化。NaCl胁迫诱导黄瓜幼苗叶片、根系中Put合成路径相关基因的表达上调,而施加外源Spd后叶片、根系中Spd和Spm合成相关基因的表达上调、分解相关基因的表达下调,从而维持较高的Spd、Spm含量。说明外源Spd通过调控叶片及根系中三种多胺的含量和形态的变化来缓解NaCl胁迫对黄瓜幼苗的伤害。3.通过iTRAQ(同位素标记相对和绝对定量)技术共鉴定得到221个响应NaCl胁迫或外源Spd处理的黄瓜叶片差异蛋白,这些差异蛋白涉及光合作用、碳水化合物代谢、氨基酸代谢、胁迫响应、信号转导及抗氧化等多条代谢通路。其中,NaCl胁迫施加外源Spd对光合、光呼吸、四吡咯合成、ROS清除、蛋白合成与降解等途径相关蛋白有调控作用。这些差异蛋白可能在外源Spd缓解NaCl胁迫下黄瓜幼苗生长及光合抑制中发挥重要作用。4.为探究黄瓜幼苗光合性能与光合相关差异蛋白间的联系,本文对NaCl胁迫及施加Spd处理后,黄瓜幼苗光合相关生理指标及差异蛋白的转录水平进行测定。NaCl胁迫下黄瓜幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)及胞间CO2浓度(Ci)、Rubisco羧化效率(CE)均显著降低,光呼吸速率(Pr)显著增加;施加外源Spd后Pn、CE显著升高,Pr显著降低。NaCl胁迫处理6 d黄瓜幼苗叶绿素含量和叶绿素荧光参数均显著降低,施加外源Spd可以缓解这些伤害。NaCl胁迫下光合碳同化相关差异蛋白Rubisco活化酶(RA)和磷酸甘油酸激酶(PGK)转录水平下调,施加外源Spd上调RA、PGK以及参与正调卡尔文循环的硫氧还蛋白的转录水平。此外,NaCl胁迫增加光呼吸途径相关酶和负责清除光呼吸活性氧(ROS)产物的过氧化氢酶(CAT)的转录水平,施加外源Spd降低光呼吸相关基因的转录水平且进一步增加CAT的表达。说明外源Spd可能通过增加Rubisco羧化效率、正调卡尔文循环通量、降低光呼吸,来缓解NaCl胁迫对黄瓜幼苗光合作用的不利影响。5.使用iTRAQ技术鉴定得到黄瓜幼苗根系中172个响应NaCl胁迫及外源Spd的差异蛋白,这些差异蛋白参与碳水化合物代谢、糖酵解、TCA和电子传递链、核苷酸代谢、脂类代谢、氨基酸代谢、次生代谢、胁迫响应、信号转导及抗氧化等多条代谢通路,其中盐胁迫施加外源Spd上调糖酵解、小分子碳水化合物代谢、渗透调节物质代谢、脂类代谢、核苷酸代谢、胁迫防御和信号转导相关蛋白的丰度。外源Spd可能通过促进这些蛋白的积累来增强黄瓜幼苗根系对NaCl胁迫的耐性。6.对NaCl胁迫施加外源Spd后差异蛋白富集的糖酵解途径进行酶活测定,发现与NaCl胁迫相比,施加外源Spd后差异蛋白果糖-二磷酸醛缩酶(FBA)、烯醇化酶(ENO)和丙酮酸激酶(PK)的酶活均显著增加。另外,用烯醇化酶抗体进行免疫印迹实验验证iTRAQ结果的准确性,结果表明免疫印迹相对定量结果与iTRAQ相对定量结果吻合。7.通过对黄瓜结果期光合特性的测定表明,NaCl胁迫下黄瓜结果期植株Pn、Gs、Ci及蒸腾速率(Tr)均显著下降,外源Spd显著提高Pn,Gs和Ci。对叶片荧光参数的测定表明,外源Spd可有效缓解NaCl胁迫下PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭(NPQ)的下降。NaCl胁迫显著降低结果期黄瓜的生物量,而外源Spd能够缓解NaCl对植物生长的抑制。NaCl胁迫使黄瓜植株果实畸形、果型变小,单株坐果数和单株产量下降,糖酸比下降、口感风味改变。施加外源Spd后对果型、产量和品质均有所改善。结果表明外源Spd可增强NaCl胁迫下黄瓜结果期叶片的光合能力,提高果实的产量和品质。