外源24-表油菜素内酯对低氧胁迫下黄瓜幼苗活性氧及碳代谢的影响

摘要

洪水、冬季冰封、过多的降雨、灌溉不均匀、土壤紧实以及无土栽培生产实践中管理不当等均易使农作物根系供氧不足，造成低氧胁迫，并最终导致其生长和产量的下降.油菜素内酯(Brassinolide，BR)是广泛存在于植物中的类似于动物和昆虫甾醇类激素的一种天然产物，已证明其在植物的种子休眠与萌发、器官分化、维管组织发育、开花和衰老以及向性建成等各个生长发育的过程中起到重要调控作用.目前已被公认为第六大类植物激素.同时，研究表明BR在植物抗逆境胁迫中发挥着重要作用.然而，关于BR与蔬菜作物低氧耐性的关系以及BR在此过程中发挥的生理调节功能至今尚未阐明. 本文以低氧耐性具有明显差异的两个黄瓜(Cucumis sativus L.)品种(耐低氧较强的‘绿霸春4号’和耐低氧较弱的‘中农8号’)为试材，采用营养液栽培，通过营养液添加1μg.L-124-表油菜素内酯(EBR)，研究营养液溶氧浓度1 mg.L-1的根际低氧胁迫下黄瓜植株生长、碳代谢以及活性氧代谢的变化，探讨其与植株低氧耐性的关系，以及外源EBR在提高黄瓜低氧耐性中发挥的生理调节功能。主要研究结果如下： 1.根际低氧胁迫下，黄瓜地上部和根系生长均显著受抑而下降，抗低氧能力较强的‘绿霸春4号’地上部鲜重、干重，根的总长、总表面积、总体积以及总根尖数降低幅度均低于抗低氧能力较弱的‘中农8号’. 2.低氧胁迫下，两品种黄瓜根系三羧酸循环显著受阻，无氧呼吸代谢被促进，与耐低氧能力较弱的品种‘中农8号’相比，耐低氧能力较强的品种‘绿霸春4号’根系SDH，IDH活性降低幅度以及LDH活性、乳酸含量增加幅度较小，PDC、ADH活性以及乙醇、丙氨酸含量增加幅度较大，两品种幼苗根系AlaAT活性以及乙醛含量没有显著差异.表明低氧胁迫下根系乙醇发酵的增强和丙氨酸的积累有利于植株防御低氧伤害. 3.低氧胁迫下，耐性不同的两品种幼苗中显著积累了不同类型的碳水化合物，根系中淀粉和葡萄糖含量表现出显著差异.耐低氧能力较强的品种‘绿霸春4号’根系中淀粉含量维持不变，葡萄糖含量显著提高：相反，耐低氧能力较弱的品种‘中农8号’根系中淀粉和葡萄糖含量均显著降低.同时，耐性不同的两品种幼苗中糖酵解代谢酶活性变化也表现出明显的品种差异，‘绿霸春4号’根系中AI活性略有降低，PFK活性呈先上升后下降的变化趋势，试验期间高于对照；相反，‘中农8号’根系中AI活性持续降低，PFK活性在整个试验期间缓漫降低，且低于对照水平，表明低氧条件下，黄瓜根系淀粉和葡萄糖含量以及AI和PFK活性的变化特性可用来区别品种的耐性。 4.低氧胁迫下，黄瓜幼苗叶片和根中活性氧、MDA和抗氧化剂含量以及SOD、CAT、APX和DHAR活性均显著提高；耐低氧性较强的‘绿霸春4号’叶片和根中活性氧和MDA含量的上升幅度小于耐低氧性较弱的‘中农8号’，而保护酶活性和还原型抗氧化剂含量的提高幅度大于‘中农8号’. 5.营养液添加EBR显著缓解了根际低氧胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制：低氧胁迫下，EBR处理后‘绿霸春4号’和‘中农8号’幼苗根系总长度分别提高23％和37％，总表面积分别提高26％和29％；EBR处理后‘中农8号’幼苗根系总根尖数显著提高，‘绿霸春4号’无明显变化；外源EBR对低氧胁迫伤害的缓解效果‘中农8号’大于‘绿霸春4号’. 6.EBR参与低氧胁迫下黄瓜根系呼吸代谢的调节：外源EBR处理显著提高了低氧胁迫下两品种黄瓜幼苗根系SDH、IDH和ADH活性，降低了两品种根系LDH、AlaAT活性及‘中农8号’根系PDC活性，降低了两品种根系乳酸含量，而对‘绿霸春4号’根系PDC活性及两品种根系乙醛、乙醇和丙氨酸含量无明显影响。表明低氧胁迫下，外源EBR处理可通过部分恢复有氧呼吸、增强乙醇发酵及根系乳酸分泌能力提高植株抗低氧胁迫的能力. 7.EBR参与低氧胁迫下黄瓜体内碳水化合物代谢的调节：低氧条件下，EBR处理进一步提高了两品种根系蔗糖和果糖含量以及大部分的糖酵解代谢酶活性，而对叶片中大部分碳水化合物含量和糖酵解代谢酶活性均无显著影响。表明EBR处理直接参与调节黄瓜幼苗体内碳水化合物代谢，通过促进低氧胁迫下碳水化合物从叶片向根系的分配以及根系糖酵解代谢酶活性增强了黄瓜植株抵抗低氧胁迫的能力. 8.EBR参与低氧胁迫下黄瓜体内活性氧代谢的调节：低氧胁迫下，外源EBR处理显著提高了SOD、APX、GR活性及AsA、GSH含量，降低了O2-、H2O2及MDA含量.表明外源EBR处理通过促进低氧胁迫下黄瓜幼苗叶片和根系中抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的提高，降低ROS含量，增强植株抗低氧胁迫的能力。

目录

文摘

英文文摘

前言

论文说明：缩略语

声明

第一章文献综述

第一节植物对低氧逆境响应的研究进展

1糖酵解和呼吸代谢途径改变

2活性氧自由基积累及抗氧化系统形成

3光合作用降低

4水分吸收减少、矿质元素吸收失衡

5激素代谢紊乱

6蛋白质合成改变

第二节植物体中油菜素内酯的主要生理功能

1 BRs和植株生长

2 BRs与其它激素互作

3 BRs与萌发

4 BRs与气孔

5 BRs与逆境生理

第二章外源24-表油菜素内酯对低氧胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

1材料与培养

1.1供试品种

1.2材料培养

2测定项目及测定方法

2.1鲜重、干重的测定

2.2叶片和根系生长分析

3结果与分析

3.1 24-表油菜素内酯对黄瓜幼苗生长的影响

4讨论

第三章外源24-表油菜素内酯对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系呼吸代谢的影响

1材料与培养

1.1供试品种

1.2材料培养

2测定项目及测定方法

2.1有氧呼吸酶活性的测定

2.2无氧呼吸代谢酶活性的测定

2.3代谢产物浓度的测定

3结果与分析

3.1 24-表油菜素内酯对幼苗根系有氧呼吸酶活性的影响

3.2 24-表油菜素内酯对幼苗根系发酵代谢酶活性的影响

3.3 24-表油菜素内酯对幼苗根系发酵代谢产物含量的影响

4讨论

第四章外源24-表油菜素内酯对低氧胁迫下黄瓜幼苗碳水化合物代谢的影响

1材料与培养

1.1供试品种

1.2材料培养

2测定项目及测定方法

2.1碳水化合物含量的测定

2.2糖酵解代谢酶活性的测定

3结果与分析

3.1 24-表油菜素内酯对幼苗体内果糖、葡萄糖和蔗糖含量的影响

3.2 24-表油菜素内酯对幼苗体内可溶性总糖含量的影响

3.3 24-表油菜素内酯对幼苗体内淀粉含量的影响

3.4 24-表油菜素内酯对幼苗体内蔗糖水解酶活性的影响

3.5 24-表油菜素内酯对幼苗体内糖酵解代谢酶活性的影响

4讨论

第五章外源24-表油菜素内酯对低氧胁迫下黄瓜幼苗抗氧化系统的影响

1材料与培养

1.1供试品种

1.2材料培养

2测定项目及测定方法

2.1 O-·2产生速率、H2O2含量和膜脂过氧化产物MDA含量的测定

2.2超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性的测定

2.3抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)以及单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)活性的测定

2.4抗氧化剂抗坏血酸(ascorbate)和谷胱甘肽(glutathione)含量的测定

3结果与分析

3.1 24-表油菜素内酯对幼苗体内活性氧和MDA含量的影响

3.2 24-表油菜素内酯对幼苗体内抗氧化酶活性的影响

3.3 24-表油菜素内酯对幼苗体内抗氧化剂含量的影响

4讨论

全文讨论

全文结论

创新之处

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致 谢