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《华中农业大学》 2011年
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耐盐砧木嫁接调控H_2O_2清除系统提高黄瓜幼苗耐盐性的机制

甄爱  
【摘要】:近年来,随着我国设施园艺的迅速发展,土壤次生盐渍化问题日趋加剧,已成为限制我国设施蔬菜产业发展的主要障碍。黄瓜(Cucumis sativus L.)是设施栽培中的主要蔬菜作物,对盐胁迫非常敏感。前人研究表明耐盐砧木嫁接能够提高黄瓜耐盐性,但其研究主要围绕嫁接对Na+和C1-吸收运转的调控机理,而关于嫁接对盐胁迫诱导的氧化伤害调控研究相对较少。本研究从组织水平、叶绿体水平及转录水平上研究嫁接黄瓜H202清除系统对盐胁迫的响应,阐明了盐胁迫下耐盐砧木嫁接对H202清除系统的调控机制。利用基因型不同的黄瓜接穗与南瓜砧木嫁接,以及将黄瓜与南瓜进行正反嫁接试验,揭示盐胁迫下耐盐砧木对提高黄瓜耐盐性起决定作用。通过研究嫁接植株根系中ABA含量及其信号途径中相关分子(H2O2、NO和MAPK级联)的变化,探索了耐盐砧木根系中ABA在调控黄瓜耐盐性中可能的信号途径。所取得主要结果如下: 1.以盐敏感型黄瓜品种津春2号为材料,将预喷施H202抑制剂(DPI,15μ.M)和清除剂(DMTU,5mM)的植株进行0和75 mM NaCl胁迫。研究了下黄瓜幼苗中H202含量变化及其与盐抑制黄瓜生长的关系。结果显示,预喷施H202抑制剂和清除剂降低了NaCl胁迫下黄瓜幼苗中H202和MDA含量,增加了其根系和地上部干重。相关性分析表明H202含量与根系和地上部干重呈显著负相关。此结果表明,盐胁迫诱导H202积累是盐胁迫抑制黄瓜生长的重要原因。 2.以津春2号黄瓜和耐盐砧木超级拳王(Cucurbita moschata Duch.)分别作砧木,以津春2号黄瓜作接穗进行嫁接。研究了黄瓜自根苗、黄瓜自嫁苗和耐盐砧木嫁接苗在0和75 mM NaCl胁迫下的生长与抗氧化系统的变化。结果表明,NaCl胁迫下耐盐砧木嫁接黄瓜植株具有较高的CAT、APX、GR和MDAR酶活性、GSH/GSSG比值和铁还原/总抗氧化能力,以此减少了黄瓜组织中H202和MDA的积累,缓解了盐胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制。 3.研究了0、50、100 mM NaCl胁迫下黄瓜自嫁苗和耐盐砧木嫁接苗叶绿体中AsA-GSH循环及其超微结构的变化。结果显示,50、100 mM NaCl胁迫下砧木嫁接苗叶绿体中AsA-GSH循环相关酶APX、GR和DHAR活性与AsA/DHA比值,以及100 mM NaCl胁迫下MDAR活性、GSH含量及GSH/GSSG比值均显著高于自嫁苗,导致砧木嫁接苗叶绿体中H202含量较低。随盐胁迫浓度增加,自嫁苗叶绿体结构遭受破坏,尤其是在100 mM NaCl处理下,其叶绿体基粒与基质片层叠垛变薄、变模糊甚至片层断裂,而砧木嫁接苗叶绿体结构受NaCl伤害较轻。砧木嫁接使盐胁迫黄瓜叶绿体中具有较强的H202清除能力,以此保护了叶绿体超微结构和改善了黄瓜幼苗的生长与光合特性。 4.研究了0和75mM NaCl胁迫下黄瓜自嫁苗和耐盐砧木嫁接苗叶片中H2O2含量与重要抗氧化酶(CAT.APX.GR和MDAR)活性的动态变化,以及NaCl处理120 h时嫁接黄瓜中抗氧化基因mRNA的表达。结果显示,NaCl胁迫24 h至120h,自嫁苗叶片中H2O2含量逐渐增加,72 h时达到峰值,而砧木嫁接苗中H2O2含量增加较缓慢,且始终低于自嫁苗,这与其在NaCl处理48 h至120 h始终具有较高的保护酶(CAT.APX.GR和MDAR)活性有关。NaCl胁迫下自嫁苗叶片中CAT基因和根系中cAPX基因,以及嫁接苗叶片中cAPX基因mRNA表达量的变化均与其相应酶活性的变化趋势相一致,说明这些酶的活性受到了其转录水平上的调控。 5.分别以盐敏感型和耐盐型黄瓜品种津春2号与津育1号为接穗,以盐敏感型和耐盐型南瓜品种黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia B.)和超级拳王为砧木。研究了不同接穗和砧木基因型对嫁接黄瓜生长和耐盐性的影响。结果表明:100 mM NaCl胁迫下,以超级拳王为砧木的嫁接苗盐害指数较低,植株生长受抑制较轻。相关性分析表明这与其较低的叶片Na+含量和根系H2O2含量,及较高的根系SOD.POD和CAT活性有关。此结果表明,与接穗相比,耐盐砧木对嫁接黄瓜的耐盐性起决定作用。 6.将盐敏感型黄瓜津春2号和耐盐型南瓜超级拳王进行正反嫁接获得4种嫁接组合(接穗/砧木),包括黄瓜/黄瓜、南瓜/南瓜、黄瓜/南瓜、南瓜/黄瓜。研究了0和75 mM NaCl胁迫对嫁接植株根系中H2O2和MDA含量、重要抗氧化酶活性、ABA含量及其信号途径中相关分子(H202.NO和MAPK级联)的影响。结果显示,NaCl胁迫下以南瓜为砧木嫁接植株根系中ABA含量增加幅度较大,信号调节基因MAPK1和MAPK6表达显著上调。此结果表明NaCl胁迫诱导了耐盐砧木根系中ABA积累及其介导的MAPK级联信号反应。这使得耐盐砧木嫁接黄瓜根系中具有较高的H202清除酶(CAT.APX.GR和MDAR)活性用以控制根系中H2O2与MDA含量在较低水平。 总之,本研究结果表明,盐胁迫诱导H2O2产生是盐胁迫抑制黄瓜幼苗生长的重要原因。耐盐砧木嫁接能够调控黄瓜幼苗组织和叶绿体中H2O2清除能力,从而提高其耐盐性。与接穗相比,盐胁迫下耐盐砧木对提高黄瓜耐盐性起决定作用。这可能是盐胁迫下耐盐砧木根系中ABA积累及其介导的MAPK级联信号调控的结果。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S642.2

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