耐鹽砧木嫁接調(diào)控H2O2清除系統(tǒng)提高黃瓜幼苗耐鹽性的機(jī)制.pdf

1、近年來,隨著我國設(shè)施園藝的迅速發(fā)展,土壤次生鹽漬化問題日趨加劇,已成為限制我國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙。黃瓜(Cucumis sativus L.)是設(shè)施栽培中的主要蔬菜作物,對鹽脅迫非常敏感。前人研究表明耐鹽砧木嫁接能夠提高黃瓜耐鹽性,但其研究主要圍繞嫁接對Na+和CI吸收運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)控機(jī)理,而關(guān)于嫁接對鹽脅迫誘導(dǎo)的氧化傷害調(diào)控研究相對較少。本研究從組織水平、葉綠體水平及轉(zhuǎn)錄水平上研究嫁接黃瓜H2O2清除系統(tǒng)對鹽脅迫的響應(yīng),闡明了鹽脅迫

2、下耐鹽砧木嫁接對H2O2清除系統(tǒng)的調(diào)控機(jī)制。利用基因型不同的黃瓜接穗與南瓜砧木嫁接,以及將黃瓜與南瓜進(jìn)行正反嫁接試驗(yàn),揭示鹽脅迫下耐鹽砧木對提高黃瓜耐鹽性起決定作用。通過研究嫁接植株根系中ABA含量及其信號途徑中相關(guān)分子(H2O2、NO和MAPK級聯(lián))的變化,探索了耐鹽砧木根系中ABA在調(diào)控黃瓜耐鹽性中可能的信號途徑。所取得主要結(jié)果如下:
　　 1.以鹽敏感型黃瓜品種津春2號為材料,將預(yù)噴施H2O2抑制劑(DPI,15μM)和清

3、除劑(DMTU,5 mM)的植株進(jìn)行0和75 mM NaCl脅迫。研究了下黃瓜幼苗中H2O2含量變化及其與鹽抑制黃瓜生長的關(guān)系。結(jié)果顯示,預(yù)噴施H2O2抑制劑和清除劑降低了NaCl脅迫下黃瓜幼苗中H2O2和MDA含量,增加了其根系和地上部干重。相關(guān)性分析表明H2O2含量與根系和地上部干重呈顯著負(fù)相關(guān)。此結(jié)果表明,鹽脅迫誘導(dǎo)H2O2積累是鹽脅迫抑制黃瓜生長的重要因?yàn)椤?br>　　 2.以津春2號黃瓜和耐鹽砧木超級拳王(Cucurbita

4、 moschata Duch)分別作砧木,以津春2號黃瓜作接穗進(jìn)行嫁接。研究了黃瓜自根苗、黃瓜自嫁苗和耐鹽砧木嫁接苗在0和75 mM NaCl脅迫下的生長與抗氧化系統(tǒng)的變化。結(jié)果表明,NaCl脅迫下耐鹽砧木嫁接黃瓜植株具有較高的CAT、APX、GR和MDAR酶活性、GSH/GSSG比值和鐵還原/總抗氧化能力,以此減少了黃瓜組織中H2O2和MDA的積累,緩解了鹽脅迫對黃瓜幼苗生長的抑制。
　　 3.研究了0、50、100 mM N

5、aCl脅迫下黃瓜自嫁苗和耐鹽砧木嫁接苗葉綠體中AsA-GSH循環(huán)及其超微結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果顯示,50、100 mM NaCl脅迫下砧木嫁接苗葉綠體中AsA-GSH循環(huán)相關(guān)酶APX、GR和DHAR活性與AsA/DHA比值,以及100 mM NaCl脅迫下MDAR活性、GSH含量及GSH/GSSG比值均顯著高于自嫁苗,導(dǎo)致砧木嫁接苗葉綠體中H2O2含量較低。隨鹽脅迫濃度增加,自嫁苗葉綠體結(jié)構(gòu)遭受破壞,尤其是在100 mM NaCl處理下,其葉

6、綠體基粒與基質(zhì)片層疊垛變薄、變模糊甚至片層斷裂,而砧木嫁接苗葉綠體結(jié)構(gòu)受NaCl傷害較輕。砧木嫁接使鹽脅迫黃瓜葉綠體中具有較強(qiáng)的H2O2清除能力,以此保護(hù)了葉綠體超微結(jié)構(gòu)和改善了黃瓜幼苗的生長與光合特性。
　　 4.研究了0和75 mM NaCl脅迫下黃瓜自嫁苗和耐鹽砧木嫁接苗葉片中H2O2含量與重要抗氧化酶(CAT、APX、GR和MDAR)活性的動(dòng)態(tài)變化,以及NaCl處理120 h時(shí)嫁接黃瓜中抗氧化基因mRNA的表達(dá)。結(jié)果顯示

7、,NaCl脅迫24 h至120h,自嫁苗葉片中H2O2含量逐漸增加,72 h時(shí)達(dá)到峰值,而砧木嫁接苗中H2O2含量增加較緩慢,且始終低于自嫁苗,這與其在NaCl處理48 h至120 h始終具有較高的保護(hù)酶(CAT、APX、GR.和MDAR)活性有關(guān)。NaCl脅迫下自嫁苗葉片中CAT基因和根系中cAPX基因,以及嫁接苗葉片中cAPX基因mRNA表達(dá)量的變化均與其相應(yīng)酶活性的變化趨勢相一致,說明這些酶的活性受到了其轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控。

8、　　 5.分別以鹽敏感型和耐鹽型黃瓜品種津春2號與津育1號為接穗,以鹽敏感型和耐鹽型南瓜品種黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia B.)和超級拳王為砧木。研究了不同接穗和砧木基因型對嫁接黃瓜生長和耐鹽性的影響。結(jié)果表明:100 mM NaCl脅迫下,以超級拳王為砧木的嫁接苗鹽害指數(shù)較低,植株生長受抑制較輕。相關(guān)性分析表明這與其較低的葉片Na+含量和根系H2O2含量,及較高的根系SOD、POD和CAT活性有關(guān)。此結(jié)果表明,與

9、接穗相比,耐鹽砧木對嫁接黃瓜的耐鹽性起決定作用。
　　 6.將鹽敏感型黃瓜津春2號和耐鹽型南瓜超級拳王進(jìn)行正反嫁接獲得4種嫁接組合(接穗/砧木),包括黃瓜/黃瓜、南瓜/南瓜、黃瓜廠南瓜、南瓜/黃瓜。研究了0和75 mM NaCl脅迫對嫁接植株根系中H2O2和MDA含量、重要抗氧化酶活性、ABA含量及其信號途徑中相關(guān)分子(H2O2、NO和MAPK級聯(lián))的影響。結(jié)果顯示,NaCl脅迫下以南瓜為砧木嫁接植株根系中ABA含量增加幅度較大

10、,信號調(diào)節(jié)基因MAPK1和MAPK6表達(dá)顯著上調(diào)。此結(jié)果表明NaCl脅迫誘導(dǎo)了耐鹽砧木根系中ABA積累及其介導(dǎo)的MAPK級聯(lián)信號反應(yīng)。這使得耐鹽砧木嫁接黃瓜根系中具有較高的H2O2清除酶(CAT、APX、GR和MDAR)活性用以控制根系中H2O2與MDA含量在較低水平。
　　 總之,本研究結(jié)果表明,鹽脅迫誘導(dǎo)H2O2產(chǎn)生是鹽脅迫抑制黃瓜幼苗生長的重要因?yàn)?。耐鹽砧木嫁接能夠調(diào)控黃瓜幼苗組織和葉綠體中H2O2清除能力,從而提高其耐鹽