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植物在生长发育过程中常常会遭受到各种非生物胁迫。高温胁迫是影响作物生长发育与产量的重要因子之一,阐明植物耐高温胁迫的机制对应对全球气候变暖的有重要意义。南瓜属于葫芦科作物,因其富含营养成分被列为十大蔬菜作物之一。中国南瓜(Cucurbita moschata)具较好高温适应性,广泛种植于热带和亚热带地区；印度南瓜(Cucurbita maxima),耐热性较差,主要种植于温带地区。课题组前期获得了中国南瓜和印度南瓜的种间重组系(Maxchata )。本研究以C. moschata、 C. maxima 和 Maxchata为材料研究其高温胁迫抗性的机理。光合作用是检测植物耐受高温胁迫能力的重要指标之一。本研究中,通过对C.moschata、 C. maxima 和 Maxchata在高温胁迫胁迫下光合特性的比较,发现3个基因型南瓜高温胁迫下光合特性存在较为明显差异,与气体交换相关的光合速率(PN)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(E)和PSⅡ最大光合效率(Fv/Fm)均随着温度升高显著下降,细胞间CO2浓度的升高表明这种变化为非气孔限制的效应,此外,随着温度的升高叶绿素也发生降解,主要表现为叶绿素a/b的比例升高和叶绿素/类胡萝卜素比例下降,C. maxima 中最为明显,其次为Maxchata 和 C. moschata。高温胁迫胁迫下C. moschata的光合特性最为稳定,其次为Maxchata, 而 C. maxima最为敏感。高温胁迫能够引起细胞氧化还原失衡进而导致细胞伤害,活性氧(ROS)在这些伤害中起着关键作用。植物体内存在两种ROS调控方式：ROS清除机制和避免产生机制。我们首先克隆编码不同抗氧化系统和交替氧化酶的基因,抗氧化系统主要包括CAT (CAT1, CAT2, and CAT3)、SOD (Cu/ZnSOD, FeSOD, and MnSOD)、 APX APX1 and APX2)等基因,交替氧化酶基因家族成员主要包括CmAOX2a,CmAOX2b, CmAOX2c,CmA0X2d和mA0X2e。匕外,还有Chaperon60 (’CmCHN60’)和细胞色素氧化酶(’CmCOX2’),序列分析表明这些序列与其它物种同源基因有着极高的同源性和相似的功能位点。高温胁迫后,CAT (CAT1, CAT2, and CATS)、SOD (Cu/ZnSOD, FeSOD, and MnSOD)和 APX G4P.A7 and APX2)基因的表达均随着温度升高呈现出不同程度的上调,说明这些基因在耐热胁迫中起着不同程度的调节功能,但是随着温度的升高大多数基因的表达Maxchata高于C.maxima。抗氧化酶的活性方面,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和愈创木酚过氧化物酶(POD)的活性均为在C.moschata中最高,其次为Maxchata,在C. maxima中最低。同时,我们从表型、生化和转录等方面研究了Maxchata和其两个亲本在中度高温胁迫(37℃)和重度高温胁迫(42℃)处理后的变化,结果表明：高温胁迫胁迫在C.moschata 和 Maxchata中引起了相对较轻的膜伤害、较低丙二醛含量和电子泄漏以及较高的脯氨酸含量。电子显微镜下观察发现高温胁迫胁迫在亚细胞结构上引起的伤害C. maxima 比 C. moschata 和 Maxchata明显严重。高温胁迫引起的抗氧化系统相关基因的表达在一定程度上提高了Maxchata的高温胁迫抗性。同时,我们检测了根和茎中的抗氧化系统的变化情况,C. moschata表现出相对较轻的过氧化伤害,主要表现为相对较低的过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2-)和丙二醛(MDA)含量,Maxchata次之。在抗性基因型南瓜中SOD、APX、CAT 和POD酶的活性均随着高温胁迫胁迫升高。FeSOD、MnSOD、 APX2、CAT1和CAT3基因的明显诱导表达表明其参与了高温胁迫抗性。SOD、APX和CAT的各亚型在根和茎中的不同表达也说明这些基因的组织表达特性。本文还研究了南瓜交替呼吸途径在高温胁迫胁迫下ROS含量调控中的作用,结果表明：在37℃或42℃处理后总呼吸、细胞色素呼吸和交替氧化呼吸在C. moschata 和 Maxchata中均有所升高,而在42℃处理后的C. maxima中降低。此外,与ddH2O处理相比2mM SHAM处理后ROS含量增加。分别检测ddH2O 和2mM SHAM预处理后高温胁迫胁迫下南瓜APX1、APX2、CAT1、CAT2、CAT3、Cu/ZnSOD、FeSOD 和MnS OD基因表达发现SHAM预处理后的C.moschata中CAT1和FeSOD下调表达,而且CAT2和MnSOD基因的表达水平在SHAM预处理后的C.moschata 和Maxchata中较低。上述结果表明交替氧化酶和抗氧化系统存在一定的联系。同时,太文还研究了高温胁迫肋迫处理后南瓜中5个不同AOX2基因的诱导表达情况,研究发现在正常条件下5个不同AOX2基因在幼叶和成熟叶片中存在不同表达水平和组织表达特异性。CmAOX2a和CmAOX2d受高温胁迫胁迫强诱导表达。研究结果表明交替氧化途径可能也参与了南瓜高温胁迫胁迫抗性。本研究为阐明植物抗氧化系统中关键组分和交替氧化途径在南瓜抗高温胁迫胁迫中的作用奠定了基础,也为进一步研究高温胁迫抗性的机理和南瓜耐热育种提供了有效途径。