外源多胺对黄瓜幼苗盐胁迫生理响应的影响

论文摘要

设施栽培过程中,肥料的不合理使用、设施土壤特殊的水分运动形式及其盐分积累的不均匀性等因素导致土壤严重盐渍化,造成设施栽培作物根际受到盐胁迫伤害,最终导致其生长和产量的下降。多胺（Polyamines,PA）是生物体代谢过程中产生的一类具有强烈生物活性的低分子量脂肪族含氮碱,许多研究表明PA在植物抗逆境胁迫中发挥着重要作用,有关外源亚精胺（Spmidine,Spd）缓解植物逆境胁迫伤害已经进行了系统的研究,从分子生物学角度研究发现外源（Putrecine,Put）可显著提高逆境胁迫植物光合器官的光合效率,缓解逆境胁迫对植物的伤害,但有关Put在植物逆境胁迫下所发挥的生理调节功能存在很大争议。本文以耐盐性具有明显差异的两个黄瓜（Cucumis sativus L.）品种（耐盐性较强的‘长春密刺’和耐盐性较弱的‘津春2号’）为试材,采用营养液水培法,通过在营养液中添加NaCl,结合叶面喷施外源Spd、Put和D-Arg,重点研究了外源Put对盐胁迫下黄瓜植株生长、光合及叶绿素荧光参数、氮代谢、多胺代谢、活性氧代谢及质子泵活性和基因表达的影响,探讨了外源Put在提高黄瓜植株耐盐性中发挥的生理调节功能。主要研究结果如下：1.NaCl处理抑制了黄瓜幼苗的正常生长：干鲜重、Pn、Gs、Tr、Ci盐处理后下降,而WUE升高；Fv’/Fm’、qP、ΦPSⅡ盐处理后下降,NPQ升高,Fv/Fm则未受到盐胁迫处理的影响,表明盐胁迫下,植物光合速率的降低受到气孔与非气孔限制影响。2.NaCl处理降低了两品种黄瓜幼苗叶片和根系中N03--N、可溶性蛋白含量,提高了Pro和NH4+-N含量及NR和GS活性；NaCl处理降低了两品种幼苗叶片和根系中游离态和结合态Put、Spd和Spm含量及（游离态Spd+游离态Spm）／游离态Put比值,提高了DAO和PAO活性。与盐敏感型‘津春2号’相比,较耐盐‘长春密刺’叶片和根系游离态Put、Spd,结合态Put、Spd、Spm含量,PAO活性升高幅度较大。表明盐胁迫下植物体内PAs含量的增加,尤其是结合态PAs含量的增加利于植物防御盐胁迫伤害。3.NaCl处理提高了两品种幼苗叶片和根系中SOD、POD、CAT活性,提高了AsA、DHA、GSH、GSSG含量及AsA/DHA和GSH/GSSG比值,APX、GR、DHAR活性、O2-·产生速率、H2O2和MDA含量显著升高。与盐敏感型‘津春2号’相比,较耐盐‘长春密刺’叶片和根SOD、POD、CAT、APX、GR和DHAR活性,AsA和GSH含量,AsA/DHA和GSH/GSSG比值升高幅度较大；O2-·产生速率、H2O2、MDA、DHA和GSSG含量升高幅度较小。表明盐胁迫下植物体内抗氧化酶及抗氧化剂含量的升高有利于增强植物的耐逆境胁迫能力。4.根施0.1 mmol·L-1的Spd增强了盐胁迫下黄瓜幼苗光合能力,Pn、Gs、Tr值增大；Spd提高了盐胁迫黄瓜幼苗SOD、POD、CAT活性,降低了027产生速率,减缓了ROS对植物的胁迫伤害；Spd抑制了盐胁迫对黄瓜幼苗的氨毒害。表明,Spd部分参与了活性氧代谢与氮代谢,减少活性氧与氨毒害对植物造成的伤害。5.盐胁迫下,叶面喷施低浓度Put（0.1-15mmol·L-1）可以缓解盐胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制：株高、生物积累量、Pn显著升高,叶片和根系MDA含量和电解质渗漏率显著下降,以10mmol·L-1put处理效果最好；而高浓度Put（20-30mmol·L-1）处理则有抑制效应。6.Put参与盐胁迫下黄瓜幼苗光合作用和氮素代谢：外源Put减小了盐胁迫下Pn、Fv’/Fm’、ΦPSⅡ和qP的下降及NPQ的上升幅度,增大了Ci的下降幅度,而对Gs、Tr和Fv/Fm没有影响,表明Put通过增强植物PSⅡ光化学效率来缓解盐胁迫伤害。外源Put处理显著缓解了盐胁迫下两个黄瓜品种体内NO3--N、可溶性蛋白含量的下降幅度,减少了盐胁迫下NH4+-N的大量积累,表明Put可部分参与氮素代谢,减少毒害物质的积累从而减缓胁迫伤害。7.Put参与盐胁迫下黄瓜幼苗多胺代谢的调节：外源Put处理进一步提高了游离态和结合态Put、Spd和Spm含量,尤其是结合态PA含量,显著降低了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片和根系中PAO、DAO活性,表明外源Put通过增强游离态多胺向结合态多胺的转化来增强植物的耐盐性。Put处理进一步提高了盐胁迫下黄瓜幼苗叶片和根系中SOD、POD、CAT活性,GSH含量及根系中APX活性、AsA/DHA比值；缓解了盐胁迫下GSSG、DHA含量的升高幅度,黄瓜幼苗体内活性氧O2-·产生速率、H2O2和MDA含量积累减少。表明盐胁迫下,外源Put处理可通过部分协调抗氧化系统与活性氧产生之间的平衡来提高植株抗盐胁迫能力。8.NaCl处理加剧黄瓜幼苗叶片和根系膜脂过氧化,质膜和液泡膜H+-ATPase活性升高。D-Arg处理下植物体内多胺合成受到抑制,多胺含量急剧下降；质膜,液泡膜H+-ATPase相关基因的表达下调,H+-ATPase活性下降,植物受到的伤害加剧。外源Put处理进一步提高了盐胁迫多胺含量,调控质膜,液泡膜H+-ATPase CsVH-A、CsVH-c基因的表达上调,H+-ATPase活性上升,减缓盐胁迫对植物造成的伤害；外源Put可以逆转D-Arg引起的代谢变化。

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缩略语

前言

第一章文献综述

第一节设施土壤次生盐渍化

1.设施土壤盐渍化特征及普遍性

2.设施土壤盐渍化形成原因

2.1 特殊水分运动形式

2.2 肥料的不合理使用

3.设施土壤盐渍化对植物的危害

3.1 危害症状

3.2 危害机理

4.设施土壤次生盐渍化的防治

4.1 管理调控

4.2 工程调控

4.3 生物调控

4.4 化学调控

第二节多胺代谢与植物耐盐性关系

1.多胺在植物体内的种类和形态

1.1 多胺种类

1.2 多胺形态

2.多胺在植物体内的合成和降解代谢途径

2.1 合成代谢途径

2.2 降解代谢途径

3.多胺在植物体内的含量和分布

4.多胺在植物体内的吸收和转运

5.多胺在植物体内的主要生理功能

5.1 稳定膜结构

5.2 清除活性氧

5.3 稳定核酸分子结构

5.4 稳定蛋白结构

5.5 调节胞质pH值

5.6 信号转导

6.多胺代谢与植物耐盐性的研究进展

6.1 游离态多胺与植物耐盐性

6.2 高分子结合态多胺与植物耐盐性

6.3 外源多胺与转基因技术结合研究多胺与植物耐盐性

第二章外源亚精胺对盐胁迫黄瓜幼苗活性氧代谢与氮代谢的影响

第一节外源亚精胺对盐胁迫黄瓜幼苗生长和光合气体交换参数的影响

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 鲜干重和相对含水量的测定

2.2 叶片和根系扫描分析

2.3 气体交换参数的测定

3.结果与分析

3.1 外源Spd对幼苗形态生长的影响

3.2 外源Spd对幼苗光合参数的影响

4.讨论

第二节外源亚精胺对盐胁迫黄瓜幼苗活性氧代谢的影响

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 活性氧水平的测定

2.2 抗氧化酶活性的测定

3.结果与分析

2^<sub>·产生速率的影响'>3.1 外源Spd对幼苗O₂^<sub>·产生速率的影响

3.2 外源Spd对幼苗SOD活性的影响

3.3 外源Spd对幼苗POD活性的影响

3.4 外源Spd对幼苗CAT活性的影响

4.讨论

第三节外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜植株氮素化合物含量和硝酸还原酶活性的影响

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 脯氨酸含量的测定

2.2 硝态氮、铵态氮含量和硝酸还原酶活性的测定

3.结果与分析

3.1 外源Spd对幼苗Pro含量的影响

3.2 外源Spd对幼苗硝态氮含量的影响

3.3 外源Spd对幼苗铵态氮含量的影响

4.讨论

第三章外源腐胺对盐胁迫黄瓜幼苗光合荧光参数和氮素代谢的影响

第一节盐胁迫下黄瓜幼苗叶面喷施外源腐胺最适浓度的筛选

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 株高、鲜重和净光合速率的测定

2.2 叶绿素含量和根系活力的测定

2.3 丙二醛含量的测定

2.4 电解质渗漏率的测定

3.结果与分析

3.1 外源不同浓度Put对幼苗株高、鲜重和净光合速率的影响

3.2 外源不同浓度Put对幼苗叶绿素含量和根系活力的影响

3.3 外源不同浓度Put对幼苗MDA含量的影响

3.4 外源不同浓度Put对幼苗电解质渗透率的影响

4.讨论

第二节外源腐胺对盐胁迫黄瓜幼苗光合气体交换参数和叶绿素荧光参数的影响

1.材料与方法

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 实验处理

2.测定方法

2.1 株高、干鲜重、叶片和根系扫描分析参数的测定

2.2 叶绿素含量的测定

2.3 光合参数的测定

2.4 叶绿素荧光的测定

2.5 统计分析

3. 结果与分析

3.1 外源Put对幼苗形态生长的影响

3.2 外源Put对幼苗干重和鲜重的影响

3.3 外源Put对幼苗叶绿素含量的影响

3.4 外源Put对盐胁迫黄瓜幼苗光合气体交换参数的影响

3.5 外源Put对幼苗光合叶绿素荧光参数的影响

4. 讨论

第三节外源腐胺对盐胁迫黄瓜幼苗氮代谢的影响

1.材料与方法

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 脯氨酸、硝态氮和铵态氮含量及硝酸还原酶活性的测定

2.2 谷氨酰胺合成酶、谷氨酸脱氢酶活性的测定

3.结果与分析

3.1 外源Put对幼苗Pro含量的影响

3.2 外源Put对幼苗NR活性的影响

3.3 外源Put对幼苗GS活性的影响

3.4 外源Put对幼苗GDH活性的影响

3.5 外源Put对幼苗可溶性蛋白含量的影响

3.6 外源Put对幼苗硝态氮含量的影响

3.7 外源Put对幼苗铵态氮含量的影响

4.讨论

第四章外源腐胺对盐胁迫下黄瓜幼苗内源多胺代谢和活性氧代谢的影响

第一节外源腐胺对盐胁迫黄瓜幼苗多胺代谢的影响

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 多胺含量的测定

2.2 多胺氧化酶活性的测定

3.结果与分析

3.1 外源Put对幼苗游离态多胺含量的影响

3.2 外源Put对幼苗结合态多胺含量的影响

3.3 外源Put对幼苗多胺降解酶活性的影响

4.讨论

第二节外源腐胺对盐胁迫黄瓜幼苗活性氧代谢的影响

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 超氧阴离子、过氧化氢和丙二醛含量的测定

2.2 抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的测定

3.结果与分析

2^-·产生速率的影响'>3.1 外源Put对幼苗O₂^-·产生速率的影响

2O₂含量的影响'>3.2 外源Put对幼苗H₂O₂含量的影响

3.3 外源Put对幼苗MDA含量的影响

3.4 外源Put对幼苗SOD活性的影响

3.5 外源Put对幼苗POD活性的影响

3.6 外源Put对幼苗CAT活性的影响

3.7 外源Put对幼苗APX活性的影响

3.8 外源Put对幼苗GR活性的影响

3.9 外源Put对幼苗DHAR活性的影响

3.10 外源Put对幼苗MDAR活性的影响

3.11 外源Put对幼苗AsA含量的影响

3.12 外源Put对幼苗DHA含量的影响

3.13 外源Put对幼苗AsA/DHA比值的影响

3.14 外源Put对幼苗GSH含量的影响

3.15 外源Put对幼苗GSSG含量的影响

3.16 外源Put对幼苗GSH/GSSG比值的影响

4. 讨论

+-ATPase活性及基因表达的影响'>第五章腐胺和D-Arg对盐胁迫黄瓜幼苗质膜、液泡膜H⁺-ATPase活性及基因表达的影响

1.材料与处理

1.1 供试品种与幼苗培养

1.2 试验处理

2.测定方法

2.1 干鲜重、相对含水量及株高的测定

2.2 多胺含量的测定

2.3 根系、叶片质膜和液泡膜微囊的制备

+-ATPase和液泡膜H⁺-ATPase活性的测定'>2.4 质膜H⁺-ATPase和液泡膜H⁺-ATPase活性的测定

+-ATPase基因表达量'>2.5 荧光定量PCR（Q-PCR）分析质膜和液泡膜H⁺-ATPase基因表达量

3.结果与分析

3.1 外源Put、D-Arg对幼苗生长的影响

3.2 外源Put、D-Arg对幼苗游离态Put、Spd和Spm的影响

+-ATPase活性的影响'>3.3 外源Put、D-Arg对幼苗质膜、液泡膜H⁺-ATPase活性的影响

+-ATPase基因CsHA表达的影响'>3.4 外源Put、D-Arg对幼苗质膜H⁺-ATPase基因CsHA表达的影响

+-ATPase基因CsVH-A/c表达的影响'>3.5 外源Put、D-Arg对幼苗液泡膜H⁺-ATPase基因CsVH-A/c表达的影响

4.讨论

全文讨论

全文结论

创新之处

参考文献

附录一攻读博士学位期间发表论文

致谢

外源多胺对黄瓜幼苗盐胁迫生理响应的影响

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