油菜素內酯調控黃瓜光合作用、抗逆性及農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致產量和品質下降。近年來,病蟲害頻發(fā)所導致的農藥超量使用又對食品安全和人類健康構成嚴重威脅。因此,研究作物的逆境響應機制,探索一條蔬菜抗性、產量及品質安全調控的新途徑對于建立可持續(xù)農業(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信號轉導以及基因表達的角度闡明了BR調控作物抗逆性的機理,探討了BR在緩解農藥毒害以及調控農殘降解中的作用。取得主要結果如下:
　　 1.BR通過調控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)基因的表達與植株內源BR

3、水平高度相關。RCA蛋白的亞細胞定位結果表明,BR通過促進Rubisco活化酶含量提高Rubisco的活化狀態(tài)。因此,BR主要通過誘導光合基因的表達和相關酶活力調控光合作用和產量形成。
　　 2.植株內源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。BR誘導低溫和氧化脅迫抗性與其調控細胞抗氧化系統(tǒng)有關,但BR誘導CMV抗病性與SA途徑無關。BR能夠調控RBOH、MAPK1、MAPK3等信號轉導基因,WRK

4、Y、MYB、MYC等轉錄因子以及抗性相關基因。但是Brz處理后轉錄因子的表達也出現(xiàn)一定程度的上調。因此,BR對于作物抗逆反應具有直接的調控作用。
　　 3.外源BR能夠誘導葉肉細胞質外體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的誘導效果,從而推斷BR主要通過激活NADPH氧化酶誘導ROS

5、產生。DPI和H2O2清除劑(DMTLJ)能夠抑制BR對基因表達、抗氧化酶活力和抗逆性的誘導。BR誘導的H2O2呈現(xiàn)周期性變化,并且抗性基因表達和抗逆性的變化與其體內H2O2含量緊密相關。這些結果表明,ROS介導了BR對植物廣譜抗逆性的調控。
　　 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等抗氧化基因表達的上調有關。BR處理能誘導維管組織H2O2的累積。利用DPI或DMTU對

6、處理葉或系統(tǒng)葉進行預處理能抑制BR對系統(tǒng)葉H2O2累積,基因表達以及抗性的誘導作用。因此,H2O2可能介導系統(tǒng)信號的移動,并在BR誘導的系統(tǒng)抗性中發(fā)揮重要作用。
　　 5.九種不同化學結構的農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果。
　　 6.BR緩解農藥對光合作用的抑制與其降低農藥殘留有關。BR能顯著提高毒死蜱處理后谷胱甘肽S-轉移酶(GST)、過氧化物酶(POD)和谷胱甘肽還原酶(GR)的活力,并且提高農藥氧化基因P450和運輸載體基因MRP的表達,但GST表達顯著低于非BR處理植株。BR促進農藥代謝的效果具有廣譜性,