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番茄(Solanum lycopersicum L.)是种植广泛的栽培作物,在经济上也起着十分重要的作用,它对一系列非生物胁迫,特别是极端温度十分敏感。低温严重影响植物的生长发育,其中光合作用是非常重要的过程。而脱落酸(ABA)是一种常用的植物激素,它调控从气孔开放到蛋白质储存的各种生理过程,并适应多种胁迫。在此,本研究以ABA缺失突变体sit及其野生型RR为试材,进行外源ABA预处理及常温(25/15℃)和低温(4℃)处理24 h,以探明低温胁迫导致番茄光抑制的机理及ABA缓解低温胁迫光抑制的作用机制。主要研究结果如下:1.明确了ABA缓解低温下番茄叶片的光合作用。研究结果显示,低温胁迫下,低温下sit(SLT)的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)低于低温下RR(RLT),外源喷施ABA后低温下sit(SAL)的上述指标高于SLT,说明ABA能够提高低温胁迫下番茄叶片的光合能力。另外,低温胁迫下,SLT的叶绿体的宽、面积及嗜锇颗粒数显著大于RLT,叶绿体长/宽显著小于RLT,而外源ABA预处理显著缓解了上述现象,说明ABA能够维持叶绿体结构,缓解低温胁迫造成的伤害。2.明确了ABA缓解低温下番茄叶片PSII的光化学活性。研究结果显示,低温胁迫下,SLT的PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII实际光化学量子效率[Y(II)]、PSII相对电子传递速率[ETR(II)]、非光化学淬灭(NPQ)和PSII处调节性能量耗散的量子产量[Y(NPQ)]低于RLT,而PSII处非调节性能量耗散的量子产量[Y(NO)]和PSII激发压(1-q P)表现出相反趋势,说明低温胁迫下ABA的缺失使PSII光化学效率进一步下降及PSII反应中心的关闭,ABA预处理则显著缩小了上述指标的变化幅度,保护PSII。另外,ABA能够显著上调Psb A(D1)、Psb B(CP47)、Psb C(CP43)和Psb D(D2)基因的表达,说明ABA能够通过促进PSII复合体蛋白转录水平的表达来维持PSII的光化学活性。3.明确了ABA缓解低温下番茄叶片PSI的光化学活性。结果表明,低温胁迫下,SLT的PSI实际光化学量子效率[Y(I)]、PSI相对电子传递速率[ETR(I)]和光下PSI受体侧量子产量[Y(NA)]低于RLT,而光下PSI供体侧量子产量[Y(ND)]高于RLT,说明ABA的缺失导致PSI供体侧的限制进一步降低了PSI光化学效率,外源ABA预处理则缩小了上述指标的变化幅度,缓解PSI的光抑制。另外,ABA显著上调了Psa A和Psa B基因的表达,说明ABA能通过促进PSI复合体蛋白转录水平的表达来维持PSI的光化学活性。4.明确了ABA有助于低温下番茄叶片中质子动力势的产生和ATP/NADPH的平衡。结果表明,低温胁迫下,SLT的跨膜质子势(Δp H)低于RLT而跨膜电势(Δψ)高于RLT,SAL的Δp H高于SLT而Δψ低于SLT。另外,对P515信号的监测发现低温胁迫后,与RLT相比,SLT中的类囊体膜被严重破坏、ATP酶活性显著被抑制,外源ABA预处理则缓解了这一现象,说明ABA能够通过调节Δp H/Δψ来产生质子动力势,提高ATP酶的活性来保持ATP/NADPH的平衡,进而缓解低温胁迫造成的伤害。5.明确了ABA进一步促进低温下番茄叶片中的环式电子传递。研究结果表明,低温胁迫下,SLT的环式电子传递量子产量[Y(CEF)]和环式电子传递速率[ETR(CEF)]低于RLT,而SAL的Y(CEF)和ETR(CEF)高于SLT,说明ABA能够通过提高环式电子传递的运转来缓解低温胁迫下的光抑制。另外,ABA能够显著上调NDHB1、NDHB2、NDHB3、NDHC1、NDHL1、NDHL3、NDHM、NDHOX1、NDHOX2和PGR5基因的表达,说明ABA能够通过PGR5及NDH两条环式电子传递途径来起到光保护作用。6.明确了ABA缓解番茄叶片低温胁迫下光抑制的转录组学特征的影响。本研究构建了15个c DNA文库,并检测出9110个差异表达基因(DEG)。然后对DEG进行GO和KEGG富集分析,发现光合作用、植物激素信号转导以及初级和次级代谢相关通路富集较显著。其中,植物激素信号转导途径中的DEG主要集中在ABA信号转导途径和生长素信号转导途径,ABA能够显著上调PP2C、AUX1、ARF和SAUR基因的表达。光合作用途径中的差异表达基因集中在PSII和PSI,ABA能够显著上调PSII和PSI相关基因的表达,其中PSII中的Psb A(D1)和环式电子传递中的NDH相关基因的变化最为显著。此外,ABA调节了295个转录因子,例如b HLH和NAC相关家族的成员。最后,通过q RT-PCR评估了10个基因的表达,证实了转录组分析的可靠性。