低硼及高硼胁迫对棉花幼苗生长与脯氨酸代谢的影响

摘要

以'鄂抗10号'棉花品种为材料,采用营养液培养,设置不加硼(B0,0 mg L-1)、低硼(B0.002,0.002 mg L-1)、适硼(CK,B0.2,0.20 mg L-1)、高硼(B50,50 mg L-1)4个硼(Boron,B)水平,探究低硼和高硼胁迫处理下棉花幼苗生长及脯氨酸代谢的响应.结果表明,B0、B0.002及B50处理较CK显著抑制植株生长,表现出较低的植株鲜重和干重,根系伸长受到抑制.在供硼处理下,随着硼浓度的升高,棉花幼苗根、茎和叶中硼含量均呈梯度性上升,其中,B0.2和B50处理下叶片中硼含量均高于根和茎;而在B0和B0.002处理下,根中的硼含量高于叶和茎.低硼和高硼处理下叶片中脯氨酸含量明显增加,而根中脯氨酸含量显著减少.进一步分析叶片和根中脯氨酸合成代谢相关酶活性发现,B0.002和B50处理较CK增加棉花幼苗叶片 Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)和鸟氨酸转氨酶(Ornithine-δ-aminotransferase,OAT)活性而降低脯氨酸脱氢酶(Proline dehydrogenase,ProDH)的活性;叶片中Δ1-吡咯啉-5-羧酸还原酶(Δ1-pyrroline-5-carboxylate reductase,P5CR)活性在B50处理下显著高于CK,而B0.002处理下该酶活性变化差异不显著.另外,B50处理较CK显著降低棉花幼苗根中OAT和P5CR酶活性,而B0.002处理显著增加根中P5CS和ProDH的活性.表明低硼和高硼胁迫均抑制棉花幼苗的生长.硼胁迫条件下,脯氨酸主要积累在棉花幼苗叶片中,根中脯氨酸含量显著降低.缺硼和硼毒害时,棉花幼苗叶片中脯氨酸的积累主要是通过调节脯氨酸Glu和Orn途径中的关键酶(OAT、P5CS合成酶和ProDH分解酶)活性,使得脯氨酸的合成速度高于其降解.而在根中,缺硼胁迫下主要是促进脯氨酸的降解导致根中脯氨酸含量降低,高硼胁迫下主要是通过降低OAT和P5CS合成酶以及ProDH分解酶活性来抑制脯氨酸的合成及其分解,但是对脯氨酸合成的抑制作用远大于其降解,最终导致根系脯氨酸含量降低.