嫁接與褪黑素在西瓜苗耐釩和低氮脅迫中的作用機制研究.pdf

1、西瓜是重要園藝作物之一，其生長發(fā)育易受環(huán)境因素的影響。研究表明氮虧缺和重金屬釩的存在均會對西瓜生長產(chǎn)生抑制。嫁接作為一種重要的農(nóng)藝措施能有效提高植物生物和非生物脅迫抗性。褪黑素作為一種抗氧化劑和信號分子也被證實能增強植物的抗逆性。結(jié)合以上背景，本試驗研究了嫁接和褪黑素對提高西瓜氮素利用效率和釩脅迫耐受性的作用機制，主要研究結(jié)果如下:
　　1.研究了南瓜砧木嫁接對西瓜氮素利用效率的影響。以西瓜品種“早佳8424”[Citrullus

2、 lanatus(Thunb.)Matsum.and Nakai.]為接穗，南瓜砧木“青研一號”（Cucurbita maxima×C.moschata）為砧木進行嫁接，利用西瓜自嫁苗為對照，研究了不同嫁接組合在水培條件下兩種氮濃度(9mM和0.2mM)下的氮素利用效率的差異。結(jié)果表明，在低氮（0.2mM）處理下，嫁接苗提高了西瓜接穗的氮素利用效率，促進了西瓜對N、P、K、Ca、Mg、B、Mn等元素的吸收。相對自嫁苗，嫁接苗的硝酸還原酶

3、基因（Cla002787，Cla002791和Cla023145）和亞硝酸還原酶基因（Cla013062）的相對表達量均顯著增加，有效提高了氮素同化速率。此外，嫁接苗相對葉綠素含量（SPAD）、葉片玉米素核苷(ZR)和異戊烯基腺苷(iPA)含量均顯著高于自嫁苗。
　　2.利用轉(zhuǎn)錄組分析了低氮處理下西瓜葉片和根系的全基因組表達情況。西瓜植株分別在0.2mM、4.5mM、9mM氮素水平下生長14天，之后對其進行生長參數(shù)和轉(zhuǎn)錄組分析。結(jié)

4、果表明，低氮處理的干重和光合能力比高氮分別降低了29％和74％。低氮條件下，最大光化學量子效率(Fv/Fm)由高氮的0.78降低到0.71，葉、莖、根中的氮含量分別降低了41％、51％和27％。轉(zhuǎn)錄組分析表明，與高氮(9mM)處理相比，低氮處理誘導葉片中9598個基因差異表達，其中4533個基因(47.22％)表達上調(diào)，5065個基因(52.78％)下調(diào);誘導根中3956個基因差異表達，其中1605個基因(40.57％)表達上調(diào)，235

5、1個基因(59.43％)下調(diào)。低親和銨轉(zhuǎn)運蛋白和高親和硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白、氮同化、葉綠素合成、光合作用相關(guān)基因受氮水平調(diào)控，根系和葉片中硝酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白基因（Cla010066，Cla009721，Cla012765）受低氮誘導。此外，鉀轉(zhuǎn)運體基因(Cla014680)僅在葉中受低濃度硝酸鹽誘導。同時存在大量轉(zhuǎn)錄因子（1365個）參與了對低氮的響應(yīng)。主要的轉(zhuǎn)錄因子家族包括AP2-EREBP、MYB、bHLH，C2H2和NAC。
　　3.

6、研究了不同濃度褪黑素對西瓜根系發(fā)育和氮素吸收的影響。在9mM和0.2mM的氮處理下，比較不同濃度褪黑素（0μM，0.1μM，1μM，2.5μM，5μM和10μM）對西瓜幼苗根系生長、根系形態(tài)及氮素吸收的影響。結(jié)果表明，褪黑素預(yù)處理顯著降低了主根長度，但總根長、根表面積、根體積、平均根直徑、根叉數(shù)均相對未處理前增加。在9mM氮素生長條件，5μM以下的褪黑素預(yù)處理對氮吸收沒有顯著影響，而10μM褪黑素可以一定程度的減少氮含量。值得注意的是，

7、在0.2mM氮濃度下，褪黑素預(yù)處理顯著提高了西瓜葉片和根系中氮含量。
　　4.研究了西瓜幼苗對釩脅迫的響應(yīng)，以及褪黑素提高西瓜釩脅迫耐受性的潛力。結(jié)果表明，褪黑素預(yù)處理降低了葉片和莖中釩含量，主要通過減少釩從根到莖的轉(zhuǎn)運。褪黑素預(yù)處理增強了超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性，降低了過氧化氫(H2O2)和丙二醛(MDA)含量，該過程主要是通過上調(diào)褪黑素的生物合成及抗氧化酶相關(guān)基因的表達。結(jié)合上述兩點，褪黑素處理材料葉

8、片和莖中降低的釩濃度與增強的抗氧化能力提高了其在釩脅迫下的相對葉綠素含量(SPAD指數(shù))和光合速率等指標。
　　5.研究了葫蘆和南瓜砧木嫁接提高西瓜接穗對釩脅迫耐受性的生理機制。采用葫蘆嫁接苗和南瓜嫁接苗為材料，以西瓜自嫁苗作為對照，研究了上述幾種嫁接組合在水培條件下對50mg L-1釩處理的響應(yīng)。結(jié)果表明，釩處理顯著抑制了各嫁接組合的生長，而采用葫蘆和南瓜砧木嫁接能有效緩解釩脅迫對植物的傷害。該過程主要通過降低葉片釩濃度，提高葉