NaCl预处理提高番茄低温抗性的交叉适应途径研究

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低温导致番茄(Solanum lycopersicum)生长发育不良,影响其产量及品质,造成经济损失。近年来,人们通过升级园艺设施、喷施外源物质、进行低温锻炼以及交叉适应等方法,提高作物的低温抗性,以期达到稳产的作用。众多植物的耐冷性均存在交叉适应,如番茄、水稻、玉米、香蕉、马铃薯以及菠菜等;并且植物交叉适应的产生与植物激素、渗透调节、活性氧清除系统以及热激蛋白等密切相关,然而番茄盐-低温交叉适应的产生机制尚不明确。本文通过NaCl预处理番茄幼苗,再进行低温胁迫,以探明NaCl预处理提高番茄低温抗性的交叉适应途径。主要研究结果如下:1.NaCl预处理显著提高低温下番茄植株的光合能力并缓解光抑制。与LT组相比,NaCl预处理显著缓解低温下番茄植株Pn、Tr、Ci和Gs的降低;低温下NaCl预处理组Fv/Fm、NPQ的变化趋势与番茄叶片气体交换参数相同。2.NaCl预处理缓解低温下色素含量的降低。NaCl预处理显著增加低温下叶绿素a、b以及类胡萝卜素含量,与此同时,叶绿素合成基因CAO1、DVR、HEMA1、HEMD相对表达量增加,叶绿素分解基因EEL、HCAR、NYC1、PIF4、PAO等相对表达量降低。3.NaCl预处理可改变番茄叶片光合器官的形态。NaCl预处理缓解低温胁迫下的气孔关闭:常温下NaCl处理使番茄叶片气孔趋向关闭,而低温处理后,NaCl预处理组番茄气孔开度大于LT组;且NaCl预处理可显著增加离子通道相关基因KAT1-1、SLAC1、QUAC1-1、QUAC1-2、KAT1-2以及微管蛋白基因BEAT-TUBULIN、MAP56-1a、TUB1-1的相对表达量;另外,低温导致叶绿体淀粉粒膨大、嗜锇颗粒数增加、基粒片层紊乱、叶绿体膜受损伤,而NaCl预处理可缓解以上状况,说明NaCl预处理保护低温下番茄叶片的叶绿体形态。4.NaCl预处理增强低温下番茄叶片的ROS清除能力。低温下NaCl预处理的番茄叶片DAB和NBT染色均浅于LT组,H2O2含量和O2.-生成速率也显著低于LT组。NaCl预处理显著增强低温下番茄抗氧化酶SOD、POD活性及其相关基因表达量。5.NaCl预处理通过ABA代谢及信号转导途径提高低温抗性。NaCl预处理显著增加低温下ABA合成相关基因(AAO、ZEP1、NCED1)、ABA分解相关基因(CYP707A1、CYP707A1)以及ABA信号转导相关基因ABRE、MYB1的相对表达量;增加了CBF1、CBF2、CBF3以及其上游相关基因Solyc02g090390.3、Solyc01g108280.3、ICE1、ICEa的相对表达量,以至于增强番茄的低温抗性。
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