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硼(B)胁迫是我国柑橘园产量及品质提升的限制因子之一。作为高等植物生长发育所必需的微量元素,硼适宜作物生长的浓度范围较窄,因此作物容易出现硼缺乏或毒害的现象。缺硼可以通过施用硼肥而得到缓解,但是硼肥的不合理施用所造成的硼毒害却是不可逆的。脯氨酸(Pro)作为一种多功能的氨基酸,在逆境条件下可以通过激发植物体内的保护机制来缓解胁迫对植物造成的损伤。研究表明,对于受到外界胁迫的植株可以通过施用脯氨酸而产生预防或恢复作用。枳砧[Poncirus trifoliata(L.)Raf.]作为我国柑橘的主栽砧木之一,对缺硼十分敏感。因此,本研究以枳砧为试验材料,探究外源脯氨酸对硼胁迫下枳砧生长以及内源脯氨酸代谢的影响;利用傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)对枳砧根系结构和组分进行观察以及采用实时荧光定量PCR技术,对脯氨酸代谢相关的基因进行定量分析,与传统测试相结合,从更加微观的细胞水平上解析外源脯氨酸与硼胁迫之间的相互作用机制,为农业生产中脯氨酸的施用提供理论依据。得到的主要结果如下:(1)硼胁迫抑制了枳砧的生长并引起了微观结构的变化。缺硼胁迫显著降低了枳砧苗的硼含量,其中根、茎和叶中的硼含量与对照相比,分别下降了62.1%、20.6%和63.0%;高硼胁迫下,与对照相比,植株各部位的硼含量均显著增加,其中叶片中的硼含量达到了416.9 mg/kg。硼胁迫条件下,叶片中脯氨酸含量相对于CK处理显著降低,而在根中却呈现相反的趋势。硼胁迫破坏了叶片叶绿体结构,使叶绿体形态发生改变。高硼胁迫使线粒体肿大,外膜解体。(2)脯氨酸的施用影响了枳砧的生长以及各部位硼含量的积累。施用10μM外源脯氨酸显著增加了植株高度和总鲜重,但并没有显著促进根系伸长,仅比缺硼条件下增加11.4%。缺硼下添加外源脯氨酸(包括10μM和50μM浓度)使得叶片中硼含量分别提高了30.7%和72.6%。同时,10μM外源脯氨酸显著促进了缺硼枳砧苗根中硼含量的积累,相对于缺硼处理增加了69.2%。在适宜硼(CK)以及高硼(HB)胁迫下添加外源脯氨酸对植株各部位硼含量的变化无显著影响。(3)外源脯氨酸对缓解硼胁迫下逆境物质的积累有积极作用并引起了枳砧根系组分及结构的变化。缺硼导致根中丙二醛(MDA)的积累,但施用脯氨酸能有效地降低根系中MDA的积累。与CK相比,LB(缺硼)以及HB(硼毒)处理均显著降低了叶绿素a、b以及类胡萝卜含量,尤其在HB处理下,相对CK处理分别下降了46.7%,40.7%以及45.5%,外源脯氨酸对光合色素含量的变化影响不显著。不同硼浓度下叶片中的过氧化氢(H2O2)含量变化不显著,而高硼胁迫显著增加了根中超氧阴离子(O2·-)含量。并且,我们还发现,在硼胁迫下添加外源脯氨酸显著降低了根系所积累的O2·-,而适宜硼浓度下脯氨酸的施用反而导致了根中O2·-的积累。与CK相比,硼胁迫降低了根系的细胞膜透性;外源脯氨酸使CK以及HB处理根系膜透性遭到破坏,电导率增加,而对LB条件下根细胞膜透性变化影响不大。硼胁迫下,外源脯氨酸的施用还能通过调节脯氨酸代谢维持根中适宜的氧化还原稳态。对根系TEM观察的结果表明根系脯氨酸含量的增加导致淀粉粒在根细胞壁中的积累。通过FTIR分析,发现施用高浓度的脯氨酸(50和100μM)导致缺硼枳砧根中碳水化合物的结构也发生了变化。(4)脯氨酸的施用调节脯氨酸代谢路径中关键酶活性及表达量的变化而导致枳砧中脯氨酸的积累或降解。与对照处理相比,缺硼胁迫导致植株不同部位的脯氨酸的积累。在缺硼的情况下,添加10μM脯氨酸处理下叶片组织中脯氨酸含量的增加与吡咯啉-5羧酸合成酶(P5CS)和吡咯啉-5羧酸还原酶(P5CR)的活性增加有关。10μM外源脯氨酸使叶片中脯氨酸脱氢酶(PRODH)活性的增强,从而减少脯氨酸的积累。研究还发现,随着叶片脯氨酸浓度的增加,P5C S、P5CR和PRODH的活性降低,尤其是在添加50μM脯氨酸处理下,脯氨酸含量较低。然而,根系(OAT(鸟氨酸转氨酶)除外)脯氨酸代谢途径中的酶活性随着外源脯氨酸水平的升高而增加。因此,与-BP0处理相比,随着外源脯氨酸浓度的增加,根系中脯氨酸含量有显著的积累。通过主成分分析,可知叶片和根中脯氨酸的积累主要与脯氨酸代谢中谷氨酸途径相关的P5CS和P5CR两个合成酶的活性有关。高硼胁迫以及适宜硼浓度处理时添加脯氨酸反而降低了脯氨酸在枳砧中的积累,通过对脯氨酸代谢相关基因表达测定,表明施用脯氨酸反而所造成的脯氨酸含量的下降则是由合成酶相关的P5CS和P5CR两个基因的下调以及PRODH基因的上调表达所致。