南瓜砧木嫁接黄瓜缓解Ca(NO3)2胁迫伤害的生理机制

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设施园艺作物栽培因雨水淋洗不足以及过度性施肥等,导致设施土壤次生盐渍化现象日趋严重,已成为影响设施园艺产业健康和可持续发展的主要障碍因子。研究表明,我国设施土壤盐渍化的特征是Ca2+和NO3-高水平积累。黄瓜(Cucumis sativus L.)作为设施栽培的主要蔬菜作物之一,因其根系细弱且分布浅,吸收能力相对较低,一般要求水分充足和疏松肥沃的土壤,对根际盐害非常敏感。利用耐盐南瓜砧木嫁接是克服蔬菜作物盐胁迫伤害的一种有效且环保的措施。目前,关于砧木嫁接对Ca(NO3)2胁迫下黄瓜植株的作用机制的探讨鲜有报道,基于砧木嫁接对盐胁迫下植物信号通路的影响的研究还比较少。因此,本研究以耐盐性白籽南瓜(Cucurbita maxima×Cucurbita moschata)品种‘青砧1号’为砧木,‘津优3号’黄瓜为接穗,采用营养液栽培,从生理代谢(脯氨酸和多胺代谢)及信号转导(NO和H2O2信号)两个方面,探究Ca(NO3)2胁迫下南瓜砧木嫁接黄瓜缓解盐胁迫伤害的生理机制。主要结果如下:  1.研究Ca(NO3)2胁迫下南瓜砧木嫁接对黄瓜幼苗生长以及叶片脯氨酸代谢的影响。结果表明,南瓜砧木嫁接可显著缓解Ca(NO3)2胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制。盐处理诱导两种嫁接苗叶片脯氨酸含量显著积累,而砧木嫁接苗中脯氨酸含量显著高于自根嫁接苗。随胁迫时间的延长,砧木嫁接苗吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)活性显著高于自根嫁接对照;而砧木嫁接苗中鸟氨酸δ-氨基转移酶(δ-OAT)活性在Ca(NO3)2胁迫初期显著增加,在胁迫后期差异不显著;砧木嫁接苗脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性随胁迫时间逐渐降低,后期显著低于自根对照。另外,脯氨酸代谢相关基因的表达趋势与其酶活性变化基本一致。说明砧木嫁接苗可通过调节脯氨酸积累和代谢水平,缓解Ca(NO3)2胁迫伤害,从而提高黄瓜幼苗的耐盐性。  2.研究砧木嫁接对Ca(NO3)2胁迫下黄瓜幼苗叶片多胺代谢的影响。结果表明,Ca(NO3)2胁迫下,嫁接苗内源总游离态多胺含量显著升高,主要体现为游离态腐胺(Put)在胁迫前期升高,亚精胺(Spd)和精胺(Spm)随胁迫时间的延长不断升高。其中,砧木嫁接苗内源游离态多胺含量显著高于自根嫁接苗。此外,Ca(NO3)2胁迫条件下,砧木嫁接苗中多胺生物合成相关酶鸟氨酸脱羧酶(ODC)、精氨酸脱羧酶(ADC)、亚精胺合成酶(SPDS)、精胺合成酶(SPMS)和S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)编码的基因表达水平也显著高于自根嫁接苗;与自根嫁接苗相比,砧木嫁接苗中多胺分解代谢关键酶二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性及其编码基因表达水平相对较低。这些结果表明,南瓜砧木嫁接通过调节多胺的代谢水平,从而增强黄瓜幼苗的耐盐性。  3.研究Ca(NO3)2胁迫下自根嫁接和砧木嫁接黄瓜幼苗叶片中NO在应对氧化伤害方面的作用及其与H2O2的关系。结果表明,自根嫁接苗中NO和H2O2含量随时间变化逐渐升高,24 h时达到最高值;而砧木嫁接苗中NO含量在2h时瞬时升高,并伴随着H2O2的积累。施用NO清除剂(cPTIO)及其合成抑制剂(tungate; L-NAME)显著降低Ca(NO3)2胁迫下嫁接苗的NO含量,而对H2O2积累没有显著性的影响;预处理H2O2清除剂(DMTU)和NADPH抑制剂(DPI)能够显著降低嫁接苗的NO含量。此外,施加这些抑制剂之后均显著降低嫁接苗的PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、抗氧化酶活性及其基因表达。这些结果表明,南瓜砧木嫁接可缓解Ca(NO3)2胁迫对黄瓜植株的伤害,可能与NO参与H2O2介导的抗氧化代谢有关。
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