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紫外光B(UV-B)能诱导植物组织中花青苷的大量合成与积累,紫外光受体UVR8是UV-B的光受体,可能在此过程中发挥作用;UV-B照射植物时会产生过氧化氢(H2O2),而一氧化氮(NO)被报道是O2的下游信号,因此UVR8、H2O2与NO之间可能存在互作关系,共同调控UV-B诱导的花青苷合成。紫外光A(UV-A)也能诱导植物体内花青苷的合成,此过程中会产生活性氧(ROS);氢气(H2)在植物抗逆中的作用已有报道,可能也会在此过程中发挥调控作用。但H2在植物生理方面的研究还很少,植物中是否存在氢气的受体尚不清楚。此外,植物生长环境中大量元素的缺失也会导致花青苷的合成增加,而相关报道证明氮素(N)在植物花青苷合成中起到主要调控作用;外源蔗糖的施加可以引起植物组织中花青苷的积累;花青苷合成调控过程中N与蔗糖之间是否存在互作仍不明确。我们针对上述问题,利用萝卜芽苗作为实验材料展开了研究,取得了以下的主要结果:1、UV-B照射显著提高了萝卜芽苗下胚轴中花青苷的积累,同时也提高了RsUVR8的表达量。相似的趋势也出现在镉胁迫、冷胁迫及盐胁迫下(无论白光还是UV-B照射)。然而,这种胁迫引起的花青苷的提高没有出现在黑暗环境中。说明这种非生物胁迫引起的花青苷及RsUVR8表达量的升高可能是光依赖的。此外,这些非生物胁迫都引起了 H2O2的产生。外源施加H2O2显著提高了花青苷的积累和RsUVR8基因的表达量,这些变化都被H2O2清除剂DMTU(dimethylthiourea)显著抑制。说明H2O2在花青苷的合成中起到至关重要的作用。同时NO供体硝普钠(SNP;0.5 mM)的外源施加也显著提高了花青苷的合成,并且H2O2引起的花青苷及RsUVR8表达量的升高以及花青苷合成相关转录因子和结构基因的上调都被NO的清除剂PTIO所抑制。综上结果表明,H2O2及NO都在UV-B引起的花青苷的合成过程中起到重要作用,且它们与UVR8途径存在互作。2、UV-A照射显著提高了两种不同的萝卜芽苗(‘青头萝卜’,花青苷含量较低,简称LA;‘杨花萝卜’,花青苷含量较高,简称HA)下胚轴中的花青苷含量。富氢水(HRW)显著抑制UV-A诱导的活性氧(H2O2、O2·-)积累,同时提高两种萝卜芽苗中SOD和APX的活性。此外,UV-A诱导的花青苷的积累和总酚含量仅在HA芽苗中被富氢水进一步诱导提高。液质联用(LC-MS/MS)分析发现,在HA芽苗菜中5种花青苷单体被检测到,但是在LA中芽苗中只存在两种。其中矢车菊素是HA中含量最丰富的花青苷单体。相比于UV-A处理,UV-A与富氢水共处理使矢车菊素的含量增加了 一倍。RT-PCR结果显示,UV-A照射下,HRW进一步诱导了 HA和LA芽苗(尤其是HA)中花青苷合成相关基因的表达量。这些结果表明富氢水重建了HA和LA两种萝卜芽苗在UV-A下的氧化平衡,但是对两种萝卜芽苗中花青苷的累积有不同的影响。3、四个处理(白光、白光+富氢水、UV-A、UV-A+HRW)下的萝卜芽苗下胚轴采集后建立cDNA文库。经过两两比对,14,564个差异性表达基因(DEGs)被检测到。经过GO及KEGG分析,这些基因分属于光信号感受与转导、淀粉及糖代谢、光合作用、氮代谢及次生代谢产物合成途径。花青苷合成中的主要转录因子是MYB-bHLH-WD40三元复合物,这些转录因子的表达量都与花青苷的含量呈正相关性。此外,NAC、bZIP及TCP等转录因子及植物激素信号途径、MAPKs信号途径及Ca2+信号途径也可能参与H2引起的花青苷积累过程中。转录组分析中的16个基因的表达模式已用qRT-PCR进行了验证,两者存在一致性。本文的研究成果将加深我们对于H2在UV-A诱导的花青苷过程中的作用机制的理解。4、生长在缺氮营养液中的萝卜芽苗下胚轴中积累的花青苷比生长在Hoagland营养液(含有所有大量元素)中的萝卜芽苗高50%。同时氮缺乏引起了下胚轴中可溶性糖(蔗糖、果糖、葡萄糖)含量的显著升高,其中蔗糖升高最显著。碳水化合物抑制剂DCMU的添加也显著抑制了氮缺乏引起的花青苷的升高,而外源施加蔗糖上调了花青香合成相关基因的表达,降低了硝酸还原酶的活性。综上结果所述,氮缺乏引起的花青苷的积累可能部分依赖于内源糖,尤其是蔗糖的升高。本研究探究了氮缺乏与糖在萝卜芽苗下胚轴花青苷合成过程中的关系,为花青苷合成调控机制研究提供了一定的理论基础。