油菜素內(nèi)酯調(diào)控黃瓜光合作用、抗逆性及農(nóng)藥代謝的生理與分子機理研究.pdf

1、黃瓜是溫室栽培的主要蔬菜作物之一,在生產(chǎn)和消費上占有重要地位。然而,黃瓜生長發(fā)育對環(huán)境條件的要求較高,低溫、高溫、鹽害以及病蟲害常導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。近年來,病蟲害頻發(fā)所導(dǎo)致的農(nóng)藥超量使用又對食品安全和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此,研究作物的逆境響應(yīng)機制,探索一條蔬菜抗性、產(chǎn)量及品質(zhì)安全調(diào)控的新途徑對于建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重大意義。本文以具有不同BR水平的黃瓜(Cucumis sativus L.)為材料,研究了BR對低溫、氧化脅迫和CMV

2、侵染等逆境抗性的影響。從光合作用、激素代謝、ROS信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及基因表達(dá)的角度闡明了BR調(diào)控作物抗逆性的機理,探討了BR在緩解農(nóng)藥毒害以及調(diào)控農(nóng)殘降解中的作用。取得主要結(jié)果如下:
　　 1.BR通過調(diào)控Rubisco羧化速率(Vc,max)、Rubisco初始活力以及RuBP再生速率(Jmax)弓l起CO2同化速率和葉綠體電子傳遞速率的變化。Rubisco編碼基因rbcL、rbcS、rca和Calvin循環(huán)基因的表達(dá)與植株內(nèi)源BR

3、水平高度相關(guān)。RCA蛋白的亞細(xì)胞定位結(jié)果表明,BR通過促進(jìn)Rubisco活化酶含量提高Rubisco的活化狀態(tài)。因此,BR主要通過誘導(dǎo)光合基因的表達(dá)和相關(guān)酶活力調(diào)控光合作用和產(chǎn)量形成。
　　 2.植株內(nèi)源BR水平與低溫、光氧化脅迫和黃瓜花葉病毒(CMV)侵染的抗性高度相關(guān)。BR誘導(dǎo)低溫和氧化脅迫抗性與其調(diào)控細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)有關(guān),但BR誘導(dǎo)CMV抗病性與SA途徑無關(guān)。BR能夠調(diào)控RBOH、MAPK1、MAPK3等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因,WRK

4、Y、MYB、MYC等轉(zhuǎn)錄因子以及抗性相關(guān)基因。但是Brz處理后轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)也出現(xiàn)一定程度的上調(diào)。因此,BR對于作物抗逆反應(yīng)具有直接的調(diào)控作用。
　　 3.外源BR能夠誘導(dǎo)葉肉細(xì)胞質(zhì)外體H2O2的累積,而抑制BR合成則顯著降低黃瓜葉片的H2O2含量。不同BR水平植株的NADPH氧化酶活力的變化趨勢與H2O2含量相一致。NADPH氧化酶抑制劑(DPI)能阻斷BR對ROS的誘導(dǎo)效果,從而推斷BR主要通過激活NADPH氧化酶誘導(dǎo)ROS

5、產(chǎn)生。DPI和H2O2清除劑(DMTLJ)能夠抑制BR對基因表達(dá)、抗氧化酶活力和抗逆性的誘導(dǎo)。BR誘導(dǎo)的H2O2呈現(xiàn)周期性變化,并且抗性基因表達(dá)和抗逆性的變化與其體內(nèi)H2O2含量緊密相關(guān)。這些結(jié)果表明,ROS介導(dǎo)了BR對植物廣譜抗逆性的調(diào)控。
　　 4.植株局部BR處理能提高非處理葉片對光氧化脅迫的系統(tǒng)抗性。這種抗性的提高與cAPX和MDAR等抗氧化基因表達(dá)的上調(diào)有關(guān)。BR處理能誘導(dǎo)維管組織H2O2的累積。利用DPI或DMTU對

6、處理葉或系統(tǒng)葉進(jìn)行預(yù)處理能抑制BR對系統(tǒng)葉H2O2累積,基因表達(dá)以及抗性的誘導(dǎo)作用。因此,H2O2可能介導(dǎo)系統(tǒng)信號的移動,并在BR誘導(dǎo)的系統(tǒng)抗性中發(fā)揮重要作用。
　　 5.九種不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的農(nóng)藥除福星外在推薦劑量下對凈光合速率(Pn)都有不同程度的抑制并以百草枯的效果最強。銅高尚主要通過抑制氣孔開放降低Pn,百草枯主要通過破壞PSⅡ降低ΦPSⅡ,而精穩(wěn)殺得和毒死蜱主要通過抑制PSⅡ的開放降低ΦPSⅡ,但是蓋草能、科佳、一遍凈和阿

7、維菌素對ΦPSⅡ沒有顯著影響。外源BR處理后能緩解農(nóng)藥對Pn和ΦPSⅡ的抑制,這可能是BR提高Rubisco羧化效率和抗氧化能力的結(jié)果。
　　 6.BR緩解農(nóng)藥對光合作用的抑制與其降低農(nóng)藥殘留有關(guān)。BR能顯著提高毒死蜱處理后谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、過氧化物酶(POD)和谷胱甘肽還原酶(GR)的活力,并且提高農(nóng)藥氧化基因P450和運輸載體基因MRP的表達(dá),但GST表達(dá)顯著低于非BR處理植株。BR促進(jìn)農(nóng)藥代謝的效果具有廣譜性,