洪涝灾害及无土栽培生产中管理不当极易使农作物根系供氧不足,造成低氧胁迫,并最终导致其生长和产量的下降。黄瓜(Cucumis sativus L.)是世界性的重要蔬菜作物,也是我国设施栽培的主要蔬菜作物之一,根际低氧逆境是生产上影响其生育的一个重要因素。本实验室前期的研究表明,低氧胁迫条件下,外源油菜素内酯促进了黄瓜幼苗植株碳水化合物从叶片向根系的分配,提高了根系糖酵解代谢酶活性,增强了抗氧化酶活性并降低ROS产生,从而提高了黄瓜幼苗植株抵抗低氧胁迫的能力。然而,形态适应响应、光合性能、氮代谢等也与植物的低氧逆境生存密切相关。因此,本文以耐性较弱的黄瓜品种‘中农6号’为试材,研究了油菜素内酯对低氧胁迫下黄瓜植株的形态结构适应、光合作用、氮代谢及胁迫解除后的恢复能力的影响,以进一步了解其缓解植物低氧胁迫伤害的作用机制。主要研究结果如下：1.外源油菜素内酯对黄瓜形态、解剖结构和乙烯合成的影响低氧胁迫后,下胚轴出现大量皮孔和不定根,根系出现通气组织；EBR进一步促进了植株的形态适应响应。低氧胁迫显著提高了植株乙烯合成,1-氨基环丙烷-1-羧酸合酶(ACS)活性显著增加；EBR明显缓解了低氧胁迫下SAMs蛋白的降解,对根系和下胚轴的乙烯产生具促进作用。低氧条件下,根系和下胚轴中与细胞壁降解有关的酶活性均显著增加,EBR显著促进了胁迫初期下胚轴果胶酯酶(PME)及根系多聚半乳糖醛缩酶(PG)的活性。结果说明,低氧胁迫下植株通过不定根、通气组织等的形成缓解低氧伤害,EBR进一步增强了胁迫植株的形态适应响应。低氧胁迫下植株乙烯合成显著增加,与细胞壁降解有关的酶活性也明显提高,这可能是黄瓜植株发生形态适应的生理基础。2.外源油菜素内酯对黄瓜幼苗光合性能的影响低氧胁迫导致黄瓜幼苗叶片叶绿素降解、气孔关闭、光合作用受到显著抑制,植株叶片的光饱和点(LSP)、羧化效率(CE)、RuBP最大羧化速率(Vcmax)和RuBP的最大再生速率(Jmax)显著降低,Rubisco大亚基(RBCL)蛋白丰度明显降低,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)活性被显著抑制。EBR可恢复低氧胁迫植株叶绿素的合成,显著提高植株羧化效率及利用高光强的能力。添加EBR部分阻止了RBCL降解,解除了低氧对RuBPCase活性的抑制。低氧胁迫导致植株叶片PSⅡ光能利用效率降低,PSⅡ激发压显著提高,用于光化学反应的吸收光能比例降低,两光系统间激发能分配明显不平衡。EBR提高了低氧胁迫下植株的PSⅡ反应中心活性。结果表明,EBR通过改善低氧胁迫下幼苗利用强光及CO2进行光合作用的能力、保护PSⅡ反应中心、改善植株的吸收光能分配,缓解了低氧胁迫对黄瓜幼苗光合作用的抑制。3.外源油菜素内酯对黄瓜幼苗氮代谢的影响低氧处理显著降低了植株叶片总氮含量,EBR使胁迫植株叶片总氮积累恢复至对照水平。低氧胁迫后叶片硝态氮含量提高,而根系中的含量则降低；铵态氮变化与硝态氮相反,其积累在叶片中减少而在根系中增加。低氧胁迫下,根系硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合酶(GS)活性被诱导提高,随后降低至对照,GOGAT活性则显著低于对照。叶片NR活性受到低氧抑制,NiR、GOGAT、NAD+-GDH活性则先被诱导随后降低；叶片NADH-GDH活性也受到低氧诱导,至处理末期时显著高于对照。EBR显著提高了胁迫植株根系NR活性及叶片NiR、NAD+-GDH活性。结果表明,黄瓜植株通过增强硝酸还原、加强氮代谢缓解低氧胁迫伤害；EBR通过增强根系NR及叶片NiR、NAD+-GDH活性缓解逆境伤害。4.外源油菜素内酯对黄瓜幼苗抗氧化同工酶表达的影响低氧胁迫下叶片和根系超氧阴离子(02·-)产生显著增加,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著增加。通气条件下,叶片和根系中的抗氧化酶同工酶表达模式存在差异。低氧胁迫使幼苗根系的抗氧化同工酶表达谱带发生了变化,处理8d时根系超氧化物歧化酶(SOD)同工酶表达活性显著提高,而过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化物酶(POD)出现下调。低氧促进了叶片POD、APX的同工酶表达活性,但对SOD和CAT的同工酶谱带和表达活性无明显影响。添加EBR降低了叶片和根系的02·-产生,减少了MDA的积累。与单纯低氧胁迫植株相比,添加EBR调节了抗氧化酶同工酶谱带,进一步下调了根系和叶片的抗氧化同工酶蛋白活性。结果表明,EBR降低了低氧胁迫幼苗的活性氧产生,下调了抗氧化酶同工酶的表达活性。5.外源油菜素内酯对恢复通气后的黄瓜生长、光合性能及产量的后效应低氧胁迫结束恢复通气时黄瓜幼苗生长速度明显加快,但恢复6天时生物量仍明显低于对照；EBR显著促进了恢复通气的幼苗生长。胁迫9d时,非气孔因素明显降低了黄瓜幼苗的光合气体交换。恢复通气2d后,由于RuBP再生加快及表观量子效率的提高,胁迫植株的CO2同化能力恢复至对照。EBR解除了低氧胁迫对植株气体交换的抑制,提高了恢复植株的PSⅡ光化学活性。幼苗期低氧胁迫处理的植株单株结果数、单株产量均较对照显著下降,胁迫时添加EBR的植株单株结果数明显增加,单株产量恢复至对照水平。苗期低氧对黄瓜果实品质无不良影响,添加EBR显著促进了植株果实的含糖量。结果表明,EBR对低氧胁迫植株的保护作用具有后效应,通过增强C02同化、提高PSⅡ光能利用效率、改善植株的吸收光能分配促进了恢复通气的低氧胁迫黄瓜幼苗的生长,使植株产量没有受到苗期低氧胁迫的不利影响。