钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗碳、氮代谢影响的研究

钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗碳、氮代谢影响的研究

论文摘要

无土栽培中水培营养液供氧不足或基质培根垫的形成均会造成低氧逆境,影响植株正常生长发育,成为困扰无土栽培技术大规模应用于生产的限制性因子,提高植株在低氧胁迫下的耐性和抗性对无土栽培技术的推广具有意义重大。Ca2+作为植物生长所必需的大量元素和偶联胞外信号与胞内生理反应的第二信使,在逆境胁迫下细胞内含量显著提高,能够将外界环境胁迫信号转导到细胞内,与胞内CaM形成Ca2+·CaM复合物,通过调节基因表达诱导一些生理和生化代谢途径的改变,缓解逆境胁迫对植物的伤害。植物在长期进化过程中具有了一系列适应低氧逆境的生理代谢过程,但低氧胁迫下,外源钙、钙抑制剂和钙调素拮抗剂处理对低氧胁迫下黄瓜植株低氧耐性的影响未见系统研究。 本文以耐低氧能力具有显著差异的两个黄瓜(Cucumis sativus L.)品种(耐低氧能力较强的‘绿霸春4号’和耐低氧能力较弱的‘中农8号’)为试材,采用营养液水培法,运用溶氧浓度调节仪精确控制营养液溶氧浓度,结合营养液加减Ca2+、叶面喷施Ca2+抑制剂La3+和Ca2+螯合剂EGTA、根系CaM拮抗剂TFP预处理,研究了Ca2+、CaM对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系呼吸代谢、根系和叶片氮代谢、碳水化合物代谢的影响及其与低氧耐性的关系,探讨Ca2+和CaM在黄瓜植株适应低氧胁迫过程中的生理调节功能。主要研究结果如下: 低氧胁迫使黄瓜幼苗根系中无氧呼吸能力提高,有氧呼吸能力降低,抗氧化酶活性增加,表现为植株根系乳酸脱氢酶(LDH)、丙酮酸脱羧酶(PDC)、乙醇脱氢酶(ADH)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,乳酸、乙醛和乙醇含量增加。与‘中农8号’相比,‘绿霸春4号’幼苗根系LDH活性增加缓慢且幅度较小,而ADH、PDC、SOD、POD和CAT增加幅度较大,乳酸、乙醛含量较低,乙醇含量较高,异柠檬酸脱氢酶(IDH)和琥珀酸脱氢酶(SDH)活性降幅也较小,对提高黄瓜低氧耐性起着重要的作用。 外源Ca2+对低氧胁迫下黄瓜幼苗的伤害有显著的缓解效应,可改善根系的生长状况,显著地提高低氧胁迫下黄瓜幼苗的鲜重和干重;与单纯低氧胁迫相比,外源Ca2+处理能够提高ADH活性,降低LDH活性,避免乳酸和乙醛的积累,同时使植株保持较高的IDH和SDH活性,进行一定的有氧呼吸代谢;而营养液缺钙处理提高了LDH活性,植株根系内乳酸和乙醛含量显著提高,同时IDH和SDH活性显著降低,加重了低氧胁迫对黄瓜幼苗的伤害。表明外源Ca2+可通过调节黄瓜幼苗根系内呼吸代谢来

论文目录

  • 原创性声明
  • 学位论文版权使用授权书
  • 缩略语
  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 前言
  • 第一章 文献综述
  • 第一节 植物对低氧逆境适应性的研究进展
  • 1 低氧胁迫对植物伤害的机理
  • 1.1 水分吸收减少、矿质元素吸收失衡
  • 1.2 无氧代谢产物的自身伤害和细胞质酸化
  • 1.3 蛋白质合成改变
  • 1.4 活性氧自由基的伤害
  • 1.5 激素代谢紊乱
  • 2 植物对低氧逆境的适应机理
  • 2.1 植株形态结构的改变
  • 2.2 胁迫对植物水分、养分吸收的影响与植物的适应性调节
  • 2.3 细胞质酸性化的缓解
  • 2.4 植物体代谢途径变化
  • 2.5 抗氧化系统的形成
  • 2.6 植物厌氧适应过程中的信号转导
  • 3 提高植物抗低氧能力的途径
  • 第二节 植物体内的钙及对生理代谢的影响
  • 1 钙对植物营养生长和生理代谢的影响
  • 1.1 钙是植物生长的必需营养元素
  • 1.2 植物对钙的吸收和运转
  • 1.3 钙的生理作用
  • 2+信号系统及其信号传导研究进展'>2 植物Ca2+信号系统及其信号传导研究进展
  • 2+作为植物信号转导中第二信使的作用'>2.1 Ca2+作为植物信号转导中第二信使的作用
  • 2+的信号转导基础'>2.2 Ca2+的信号转导基础
  • 2+结合蛋白'>2.3 Ca2+结合蛋白
  • 第二章 低氧胁迫对黄瓜幼苗根系无氧呼吸酶和抗氧化酶活性的影响
  • 1 材料与培养
  • 1.1 供试品
  • 1.2 材料培养
  • 2 测定项目及测定方法
  • 2.1 无氧呼吸代谢酶活性的测定
  • 2.2 超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶活性的测定
  • 2.3 植株的鲜重和干重的测定
  • 3 结果与分析
  • 3.1 根际低氧胁迫对黄瓜幼苗植株生长的影响
  • 3.2 根际低氧胁迫对黄瓜幼苗根系乳酸脱氢酶、丙酮酸脱羧酶和乙醇脱氢酶活性的影响
  • 3.3 低氧胁迫对黄瓜根系抗氧化酶活性的影响
  • 3.4 根际低氧胁迫对黄瓜幼苗根系可溶性蛋白含量的影响
  • 4 讨论
  • 第三章 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长和根系呼吸代谢的影响
  • 1 材料与培养
  • 1.1 供试品种
  • 1.2 材料培养
  • 2 测定项目及测定方法
  • 2.1 生长指标的测定
  • 2.2 无氧呼吸代谢酶活性的测定
  • 2.3 代谢产物浓度的测定
  • 2.4 有氧呼吸酶活性的测定
  • 3 结果与分析
  • 3.1 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长的影响
  • 3.2 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系无氧呼吸代谢的影响
  • 3.3 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系有氧呼吸代谢的影响
  • 4 讨论
  • 第四章 钙及钙抑制剂对低氧胁迫下黄瓜幼苗氮代谢的影响
  • 第一节 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗氮代谢的影响
  • 1 材料与培养
  • 1.1 供试品种
  • 1.2 材料培养
  • 2 测定项目及测定方法
  • 2.1 可溶性蛋白、热稳定蛋白含量的测定
  • 2.2 细胞壁蛋白含量的测定
  • 2.3 硝态氮、氨态氮含量和硝酸还原酶活性的测定
  • 3 结果与分析
  • 3.1 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响
  • 3.2 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗热稳定蛋白含量的影响
  • 3.3 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗细胞壁离子键结合蛋白含量的影响
  • 3.4 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗细胞壁共价结合蛋白含量的影响
  • 3.5 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗硝态氮含量的影响
  • 3.6 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗氨态氮含量的影响
  • 3.7 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗硝酸还原酶活性的影响
  • 4 讨论
  • 3+和钙鳌合剂EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗氮代谢的影响'>第二节 钙抑制剂La3+和钙鳌合剂EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗氮代谢的影响
  • 1 材料与培养
  • 1.1 供试品种
  • 1.2 材料培养
  • 2 测定项目及测定方法
  • 2.1 生长指标的测定
  • 2.2 可溶性蛋白、热稳定蛋白含量的测定
  • 2.3 细胞壁蛋白含量的测定
  • 3 结果与分析
  • 3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长的影响'>3.1 La3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长的影响
  • 3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响'>3.2 La3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗可溶性蛋白含量的影响
  • 3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗热稳定蛋白含量的影响'>3.3 La3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗热稳定蛋白含量的影响
  • 3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗细胞壁离子键结合蛋白含量的影响'>3.4 La3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗细胞壁离子键结合蛋白含量的影响
  • 3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗细胞壁共价结合蛋白含量的影响'>3.5 La3+和EGTA对低氧胁迫下黄瓜幼苗细胞壁共价结合蛋白含量的影响
  • 4 讨论
  • 第五章 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗碳水化合物代谢的影响
  • 1 材料与培养
  • 1.1 供试品种
  • 1.2 材料培养
  • 2 测定项目及测定方法
  • 2.1 碳水化合物含量的测定
  • 2.2 淀粉的测定
  • 2.3 蔗糖合酶(SS)、蔗糖磷酸合酶(SPS)、蔗糖转化酶(INV)和葡萄糖激酶(GK)活性的测定酶活性的测定
  • 3 结果与分析
  • 3.1 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗淀粉含量的影响
  • 3.2 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗蔗糖含量的影响
  • 3.3 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗果糖含量的影响
  • 3.4 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗葡萄糖含量的影响
  • 3.5 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗可溶性糖含量的影响
  • 3.6 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗蔗糖转化酶活性的影响
  • 3.7 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗蔗糖合酶活性的影响
  • 3.8 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗蔗糖磷酸合酶活性的影响
  • 3.9 钙对低氧胁迫下黄瓜幼苗葡萄糖激酶活性的影响
  • 4 讨论
  • 第六章 钙调素拮抗剂对低氧胁迫下黄瓜幼苗生理代谢的影响
  • 1 材料与培养
  • 1.1 供试品种
  • 1.2 材料培养
  • 2 测定项目及测定方法
  • 2.1 生长指标的测定
  • 2.2 呼吸代谢酶活性及相关产物含量的测定
  • 2.3 碳水化合物含量及酶活性的测定
  • 2.4 可溶性蛋白、热稳定蛋白含量的测定
  • 2.5 细胞壁蛋白含量的测定
  • 3 结果与分析
  • 3.1 TFP处理对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长的影响
  • 3.2 TFP处理对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系呼吸代谢的影响
  • 3.3 TFP处理对低氧胁迫下黄瓜幼苗碳水化合物代谢的影响
  • 3.4 TFP处理对低氧胁迫下黄瓜幼苗蛋白质含量的影响
  • 4 讨论
  • 全文讨论
  • 全文结论
  • 创新之处
  • 参考文献
  • 附录 (攻读博士学位期间撰写的论文情况)
  • 致谢
  • 相关论文文献

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