缓解番茄盐害的栽培措施及分子机理

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土壤盐渍化问题在许多地区存在,高盐环境严重阻碍植物的生长发育,造成农作物的减产。除去植物本身的遗传因素外,栽培过程中的技术措施也会对其耐盐性产生影响。恰当的栽培技术措施,如灌溉策略和外源逆境缓解物质的运用等可提高植物的耐盐性,缓解盐胁迫对植物造成的伤害。本研究通过灌溉措施、外源施加以及内源基因沉默等三方面尝试提高番茄耐盐性或解析番茄内在耐盐机理。  盐渍化地区虽然淡水资源相对匮乏,但却有着丰富的咸水/微咸水资源无法得到有效利用。植物在不同的发育阶段对逆境胁迫的耐受性存在差异,提示着可以针对不同发育阶段采用不同的栽培辅助措施达到提高植物耐逆性的效果。就番茄不同生育阶段(开花坐果期、第一穗果实膨大期、第二穗果实膨大期、采收期)利用不同浓度盐水(3.33、8.33、16.67dS m-1)灌溉的水盐调控灌溉模式进行了研究。与其他三个阶段相比,开花坐果期在所选取的三个盐浓度下减产幅度总是最为明显,因此,这个时期最不利于盐水灌溉。在所有的四个阶段进行3.33dS m-1盐水灌溉,或者在除了开花坐果期以外的三个阶段进行8.33dS m-1盐水灌溉,或者在采收期进行16.67dS m-1盐水灌溉时,减产不显著,同时果实品质得到提高。因此,特定生育阶段的盐水灌溉在盐渍化地区的番茄生产中具有一定的应用价值。  研究发现植物体内γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)在多种逆境条件下的积累显著增加,提示着该物质可能参与植物的逆境响应,外施GABA有可能提高作物耐盐性,进而缓解环境逆境对其生长发育过程的伤害。因此,以番茄为材料,研究了外施GABA对其耐盐性的影响。结果发现,与水处理的对照组相比,经过0.3 mM GABA喷施预处理的幼苗在200mM NaCl处理下生长得更好,具体表现在株高、鲜重、叶绿素含量的提升,以及丙二醛(MDA)含量的降低,表明外源GABA预处理能够提高番茄的耐盐性。在正常条件下,外源GABA处理能够显著地诱导植株中活性氧(ROS)的积累;而在盐胁迫下,0.3mM GABA预处理植株ROS积累却显著降低。另外,在GABA处理下,尤其是3至12h之内,APX3、APX5、CAT1和PRXR1等ROS清除相关基因的表达水平均有所下调,说明对ROS清除系统的抑制可能是GABA引起ROS积累的原因。这些结果表明,GABA预处理可能会使ROS产生和清除之间达到一种新的平衡;这种平衡会减少番茄幼苗在盐胁迫下的氧化损伤,从而提高它的耐盐性。因此,外施GABA可以作为逆境条件下促进番茄生长的潜在手段。  为深入了解GABA缓解番茄盐害的内在机理,利用病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)技术对番茄内源GABA代谢途径(即GABAshunt,或GABA支路)的三个关键步骤酶基因(或基因家族)进行了研究,包括GABA合成途径的SlGADs基因家族和GABA降解途径的SlGABA-Ts基因家族以及SlSSADH基因。在200mM NaCl处理下,于对照相比,SlGADs沉默植株的GABA含量下降、ROS积累增加、而耐盐性降低,说明SlGADs沉默植株中更高的氧化胁迫可能是导致其耐盐性下降的原因。GABA降解途径的SlGABA-Ts基因家族发生沉默的植株在盐胁迫下比对照积累更多的ROS,说明虽然SlGABA-Ts的沉默提高了GABA的积累,但是其沉默使番茄对盐胁迫更加敏感,暗示着适宜浓度的GABA对维持番茄正常的耐盐性至关重要。与此相反,GABA降解途径最后一步基因SlSSADH发生沉默的植株在正常条件下会呈现出植株矮化、新生长的叶片小而卷曲的表型。正常条件下SlSSADH沉默植株比对照积累更多的ROS;而在胁迫条件下,SlSSADH沉默植株积累的ROS水平与对照接近;这些结果最终导致SlSSADH沉默植株对盐胁迫和氧化胁迫不敏感。这些结果说明,在体内GABA可能是通过控制ROS的积累来影响番茄的耐盐性。  
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