外源亚精胺提高黄瓜幼苗耐盐性的生理调节功能研究

论文摘要

设施土壤次生盐渍化是目前国内外设施栽培中的主要土壤障碍因子,严重制约着设施蔬菜的可持续发展。设施土壤发生盐害时,对黄瓜植株生长、产量和品质造成一系列不良影响,阻碍了黄瓜设施栽培的优质高效生产。多胺是生物代谢过程中产生的一类具有强烈生物活性的低分子量脂肪族含氮碱,研究表明多胺在植物抗逆境胁迫中发挥着重要作用。然而,关于多胺代谢变化与蔬菜作物耐盐性的关系以及多胺发挥的生理调节功能至今尚未阐明。本文以耐盐性具有明显差异的两个黄瓜（Cucumis sativus L.）品种（耐盐性较强的‘长春密刺’和耐盐性较弱的‘津春2号’）为试材,采用营养液栽培,通过营养液中添加外源Spd和多胺代谢抑制剂（MGBG和o-phen）,研究盐(50 mmol·L-1NaCl)胁迫下黄瓜植株生长、多胺代谢、活性氧代谢、质子泵活性、氮代谢、渗透调节物质积累等方面的变化,探讨黄瓜叶片和根系中多胺代谢变化、细胞器结合态多胺含量变化与植株耐盐性的关系,并探讨外源Spd在提高黄瓜耐盐性中发挥的生理调节功能。主要研究结果如下:盐胁迫下,黄瓜幼苗叶片和根系中多胺代谢发生明显变化:‘长春密刺’幼苗中ADC、ODC、SAMDC和DAO活性升高幅度明显大于‘津春2号’,而PAO活性升高幅度明显小于‘津春2号’,引起‘津春2号’（游离态Spd+游离态Spm）/游离态Put比值显著降低、游离态Put/总游离态多胺比值显著升高,而‘长春密刺’变化不明显,且‘津春2号’体内结合态和束缚态尤其是束缚态多胺含量增加幅度明显小于‘长春密刺’。盐胁迫下外源0.1 mmol·L-1Spd处理进一步提高了黄瓜叶片和根系中SAMDC和DAO活性,降低了PAO活性,引起（游离态Spd+游离态Spm）/游离态Put比值升高以及游离态Put/总游离态多胺比值降低,也引起结合态和束缚态尤其是束缚态多胺含量的显著增加,同时明显缓解了盐胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制。外源MGBG处理能显著降低盐胁迫下幼苗体内游离态Spd和Spm含量,增加游离态Put含量,同时加重盐胁迫对幼苗生长的抑制,而外源Spd和Spm能缓解MGBG的伤害作用,且以Spd的缓解效果更明显。外源o-phen处理能显著降低盐胁迫下幼苗体内束缚态多胺含量,同时加重盐胁迫对幼苗生长的抑制。表明黄瓜幼苗叶片和根系中游离态Put迅速向游离态Spd和Spm转化,进而提高（游离态Spd+游离态Spm）/游离态Put比值、降低游离态Put/总游离态多胺比值,以及游离态Put迅速向结合态和束缚态多胺转化,尤其是向束缚态多胺转化,进而提高束缚态多胺含量,有利于提高黄瓜幼苗的耐盐性。盐胁迫下,黄瓜细胞器结合态多胺含量变化与植株耐盐性密切相关:盐胁迫下,‘长春密刺’叶绿体TGase活性、结合态Put和Spd含量显著增加,而‘津春2号’变化不明显;‘长春密刺’叶绿体抗氧化酶活性和抗氧化剂含量增加幅度大于‘津春2号’,而叶绿体H2O2和MDA含量升高幅度、净光合速率降低幅度小于‘津春2号’。暗示了叶绿体结合态Put和Spd含量的升高有利于阻止盐胁迫对叶绿体的伤害。外源Spd显著提高了盐胁迫下黄瓜叶绿体TGase活性、结合态多胺含量、抗氧化酶活性、抗氧化剂含量和净光合速率,降低了H2O2和MDA含量。盐胁迫下,‘长春密刺’根系线粒体结合态Spd含量、线粒体抗氧化酶活性和抗氧化剂含量增加幅度大于‘津春2号’,而线粒体H2O2和MDA含量升高幅度小于‘津春2号’。暗示了线粒体结合态Spd含量的升高有利于阻止盐胁迫对线粒体的伤害。外源Spd显著提高了盐胁迫下黄瓜根系线粒体结合态多胺含量、抗氧化酶活性和抗氧化剂含量,降低了H2O2和MDA含量升高幅度。盐胁迫下,‘长春密刺’根系质膜结合态Spd含量、质膜H+-ATPase活性显著升高,而‘津春2号’变化不明显;外源Spd显著提高了质膜结合态Spd含量,同时显著提高了质膜H+-ATPase活性。表明黄瓜根系质膜结合态Spd通过提高质膜H+-ATPase活性从而增强幼苗耐盐性。盐胁迫下,‘长春密刺’根系液泡膜结合态Put和Spd含量、液泡膜H+-ATPase、H+-PPase活性下降幅度小于‘津春2号’;外源Spd显著提高了液泡膜结合态Spd含量,同时显著提高了液泡膜H+-ATPase活性。表明黄瓜根系液泡膜结合态Spd通过提高液泡膜H+-ATPase活性从而增强幼苗耐盐性。Spd参与盐胁迫下黄瓜体内活性氧代谢的调节:外源Spd能进一步提高盐胁迫下黄瓜叶片和根系中SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性,降低O2-产生速率、H2O2和MDA含量及电解质渗漏率。并且叶片和根系中束缚态Spd含量与SOD、POD和CAT活性间呈显著正相关。而外源o-phen能显著降低盐胁迫下幼苗体内束缚态Spd含量,同时降低抗氧化酶活性,提高活性氧水平和膜脂伤害程度。表明外源Spd通过提高盐胁迫下黄瓜幼苗内源多胺尤其是内源束缚态Spd含量,从而提高抗氧化酶活性,降低活性氧水平以及膜脂伤害。Spd参与盐胁迫下黄瓜体内氮代谢的调节:外源Spd显著抑制了盐胁迫下黄瓜叶片和根系中DNA、RNA等核酸含量的降低;抑制了蛋白酶活性的升高,进而减缓了可溶性蛋白质含量的下降以及总游离氨基酸含量的升高;外源Spd促进了盐胁迫下黄瓜植株对NO3--N的吸收和转运,诱导叶片和根系中NR活性提高,促进NO3--N的还原,通过促进NH4+-N的同化,缓解过量NH4+-N积累造成的氨毒害,最终缓解盐胁迫引起的氮代谢紊乱。Spd诱导盐胁迫下黄瓜体内有机渗透调节物质的积累:外源Spd显著提高了盐胁迫下黄瓜叶片和根系中吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）活性,但对脯氨酸脱氢酶（ProDH）活性无明显影响,通过促进脯氨酸合成进而引起脯氨酸含量增加;外源Spd对可溶性糖含量无明显影响。表明外源Spd通过诱导脯氨酸的积累进行渗透调节,提高植株水分含量,同时进一步缓解氨毒害和活性氧伤害,最终缓解幼苗生长抑制。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩略语
• 前言
• 第一章 文献综述
• 第一节 设施土壤次生盐渍化对植物的伤害机理及其防治措施
• 1 设施土壤次生盐渍化形成的原因
• 1.1 肥料的不合理使用
• 1.2 特殊的水分运动形式
• 1.3 盐分积累的不均匀性
• 2 土壤次生盐渍化对植物的伤害机理
• 2.1 渗透胁迫
• 2.2 离子毒害、养分平衡失调
• 2.3 土壤酸化严重
• 2.4 连作重茬引起自毒产物积累加剧
• 2.5 生理代谢紊乱
• 3 设施土壤次生盐渍化的防治措施
• 3.1 农业耕作调控
• 3.2 生物调控
• 3.3 工程措施调控
• 3.4 施用外源物质调控
• 第二节 植物体内多胺代谢及其与盐胁迫的关系
• 1 植物体内多胺的种类和形态
• 1.1 植物体内多胺的种类
• 1.2 植物体内多胺的形态
• 2 植物体内多胺的含量和分布
• 3 植物体内多胺的生物合成和降解代谢途径
• 3.1 植物体内多胺的生物合成途径
• 3.2 植物体内多胺的降解代谢途径
• 4 多胺在植物体内的吸收和转运
• 5 逆境胁迫下植物体内多胺的主要生理功能
• 5.1 稳定生物膜
• 5.2 清除活性氧自由基
• 5.3 稳定生物大分子
• 5.4 影响跨膜质子电化学梯度以及渗透调节作用
• 5.5 参与信号转导
• 6 多胺代谢与植物耐盐性关系的研究进展
• 6.1 盐胁迫下植物体内多胺代谢呈现复杂性
• 6.2 采用外源多胺、多胺代谢抑制剂研究多胺与植物耐盐性的关系
• 6.3 通过分子生物学手段研究多胺与植物耐盐性的关系
• 7 研究中存在的主要问题与进一步研究的意义
• 第二章 外源亚精胺和多胺代谢抑制剂对盐胁迫下黄瓜幼苗生长和内源多胺代谢的影响
• 第一节 盐胁迫下黄瓜幼苗根际施用亚精胺最适浓度的筛选
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 株高和干重的测定
• 2.2 叶绿素含量的测定
• 2.3 净光合速率和气孔导度的测定
• 2.4 根系活力的测定
• 2.5 丙二醛含量和电解质渗漏率的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源不同浓度Spd对幼苗株高和干重的影响
• 3.2 外源不同浓度Spd对幼苗叶绿素含量、净光合速率和气孔导度的影响
• 3.3 外源不同浓度Spd对幼苗主根长和根系活力的影响
• 3.4 外源不同浓度Spd对幼苗MDA含量的影响
• 3.5 外源不同浓度Spd对幼苗电解质渗漏率的影响
• 4 讨论
• 第二节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗生长和内源多胺代谢的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 干重和相对含水量的测定
• 2.2 叶片和根系扫描分析
• 2.3 多胺含量的测定
• 2.4 多胺合成酶活性的测定
• 2.5 多胺氧化酶活性的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源Spd对幼苗叶片生长、地上部干重和相对含水量的影响
• 3.2 外源Spd对幼苗根系生长、干重和相对含水量的影响
• 3.3 外源Spd对幼苗内源游离态多胺含量的影响
• 3.4 外源Spd对幼苗内源结合态多胺含量的影响
• 3.5 外源Spd对幼苗内源束缚态多胺含量的影响
• 3.6 外源Spd对幼苗多胺合成酶活性的影响
• 3.7 外源Spd对幼苗多胺降解酶活性的影响
• 4 讨论
• 第三节 外源MGBG对盐胁迫下黄瓜幼苗生长和内源多胺代谢的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 干重的测定
• 2.2 叶片和根系扫描分析
• 2.3 多胺合成酶活性和多胺含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源MGBG对幼苗地上部干重和叶片生长的影响
• 3.2 外源MGBG对幼苗根系干重和生长的影响
• 3.3 外源MGBG对幼苗多胺合成酶活性的影响
• 3.4 外源MGBG对幼苗游离态多胺含量的影响
• 4 讨论
• 第四节 外源o-phen对盐胁迫下黄瓜幼苗生长和内源多胺代谢的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 干重的测定
• 2.2 叶片和根系扫描分析
• 2.3 多胺含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源o-phen对幼苗地上部干重和叶片生长的影响
• 3.2 外源o-phen对幼苗根系干重和生长的影响
• 3.3 外源o-phen对幼苗游离态多胺含量的影响
• 3.4 外源o-phen对幼苗束缚态多胺含量的影响
• 4 讨论
• 第三章 外源亚精胺和多胺代谢抑制剂对盐胁迫下黄瓜幼苗活性氧代谢的影响
• 第一节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗活性氧代谢的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 抗氧化酶活性的测定
• 2.2 活性氧水平的测定
• 2.3 膜脂伤害的测定
• 3 结果与分析
• 2^-产生速率的影响'>3.1 外源Spd对幼苗O₂^-产生速率的影响
• 2O₂含量的影响'>3.2 外源Spd对幼苗H₂O₂含量的影响
• 3.3 外源Spd对幼苗MDA含量的影响
• 3.4 外源Spd对幼苗电解质渗漏率的影响
• 3.5 外源Spd对幼苗SOD活性的影响
• 3.6 外源Spd对幼苗POD活性的影响
• 3.7 外源Spd对幼苗CAT活性的影响
• 4 讨论
• 第二节 外源o-phen对盐胁迫下黄瓜幼苗活性氧代谢的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 抗氧化酶活性的测定
• 2.2 活性氧水平和膜脂伤害的测定
• 3 结果与分析
• 2^-产生速率的影响'>3.1 外源o-phen对幼苗O₂^-产生速率的影响
• 2O₂含量的影响'>3.2 外源o-phen对幼苗H₂O₂含量的影响
• 3.3 外源o-phen对幼苗MDA含量的影响
• 3.4 外源o-phen对幼苗电解质渗漏率的影响
• 3.5 外源o-phen对幼苗SOD活性的影响
• 3.6 外源o-phen对幼苗POD活性的影响
• 3.7 外源o-phen对幼苗CAT活性的影响
• 4 讨论
• 第四章 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜细胞器结合态多胺含量的影响及其与耐盐性的关系
• 第一节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜叶绿体结合态多胺含量和活性氧清除系统的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 叶绿体的制备
• 2.2 转谷酰胺酶活性和叶绿体结合态多胺含量的测定
• 2.3 抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的测定
• 2.4 过氧化氢和丙二醛含量的测定
• 2.5 净光合速率的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源Spd对叶绿体SOD活性的影响
• 3.2 外源Spd对叶绿体APX、GR、DHAR和MDAR活性的影响
• 3.3 外源Spd对叶绿体AsA、DAsA、GSH、GSSG含量及DAsA/AsA、GSH/GSSG比值的影响
• 3.4 外源Spd对叶绿体Car含量的影响
• 2O₂和MDA含量的影响'>3.5 外源Spd对叶绿体H₂O₂和MDA含量的影响
• 3.6 外源Spd对叶绿体转谷酰胺酶活性及结合态多胺含量的影响
• 3.7 外源Spd对幼苗净光合速率的影响
• 4 讨论
• 第二节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜根系线粒体结合态多胺含量和活性氧清除系统的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 根系线粒体的制备
• 2.2 线粒体结合态多胺含量的测定
• 2.3 抗氧化酶活性和抗氧化剂含量的测定
• 2.4 过氧化氢和丙二醛含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源Spd对根系线粒体SOD活性的影响
• 3.2 外源Spd对根系线粒体APX、GR、DHAR和MDAR活性的影响
• 3.3 外源Spd对根系线粒体AsA、DAsA、GSH、GSSG含量及DAsA/AsA、GSH/GSSG比值的影响
• 2O₂和MDA含量的影响'>3.4 外源Spd对根系线粒体H₂O₂和MDA含量的影响
• 3.5 外源Spd对根系线粒体结合态多胺含量的影响
• 4 讨论
• 第三节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜根系质膜和液泡膜结合态多胺含量和质子泵活性的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 根系质膜和液泡膜微囊的制备
• +-ATPase、液泡膜H⁺-ATPase和H⁺-PPase活性的测定'>2.2 质膜H⁺-ATPase、液泡膜H⁺-ATPase和H⁺-PPase活性的测定
• 2.3 质膜和液泡膜结合态多胺含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源Spd对根系质膜和液泡膜结合态多胺含量的影响
• +-ATPase活性的影响'>3.2 外源Spd对根系质膜H⁺-ATPase活性的影响
• +-ATPase和H⁺-PPase活性的影响'>3.3 外源Spd对根系液泡膜H⁺-ATPase和H⁺-PPase活性的影响
• +-ATPase活性与膜结合态Spd含量的相关性分析'>3.4 黄瓜根系质膜和液泡膜H⁺-ATPase活性与膜结合态Spd含量的相关性分析
• 4 讨论
• 第五章 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗氮代谢和有机渗透调节物质积累的影响
• 第一节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗氮代谢的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 核酸含量和核酸酶活性的测定
• 2.2 蛋白酶活性、可溶性蛋白含量和总游离氨基酸含量的测定
• 2.3 硝态氮、铵态氮含量和硝酸还原酶活性的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源Spd幼苗核酸代谢的影响
• 3.2 外源Spd幼苗蛋白质代谢的影响
• 3.3 外源Spd对幼苗硝态氮、铵态氮含量和硝酸还原酶活性的影响
• 4 讨论
• 4.1 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗体内核酸代谢的影响
• 4.2 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗体内蛋白质代谢的影响
• 4.3 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗体内硝态氮、铵态氮含量和硝酸还原酶活性的影响
• 第二节 外源亚精胺对盐胁迫下黄瓜幼苗体内有机渗透调节物质积累的影响
• 1 材料与处理
• 1.1 供试品种与幼苗培养
• 1.2 试验处理
• 2 测定方法
• 2.1 脯氨酸含量的测定
• 2.2 P5CS和ProDH活性的测定
• 2.3 可溶性糖含量的测定
• 3 结果与分析
• 3.1 外源Spd对幼苗脯氨酸含量的影响
• 3.2 外源Spd对幼苗P5CS活性的影响
• 3.3 外源Spd对幼苗ProDH活性的影响
• 3.4 外源Spd对幼苗可溶性糖含量的影响
• 4 讨论
• 全文讨论
• 1 盐胁迫下黄瓜幼苗叶片和根系中多胺含量变化与植株耐盐性的关系
• 2 盐胁迫下黄瓜幼苗叶片和根系中多胺代谢酶对多胺含量的调节
• 3 盐胁迫下黄瓜幼苗细胞器结合态多胺含量变化与植株耐盐性的关系
• 4 外源亚精胺提高黄瓜耐盐性的生理调节功能
• 全文结论
• 创新之处
• 参考文献
• 附录一（图版）
• 附录二（攻读博士学位期间发表的论文）
• 致谢