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H_2S在SA诱导的黄瓜耐冷性中的作用机理

潘东云  
【摘要】:黄瓜(Cucumis sativus L.)属于冷敏感植物,在北方日光温室生产中经常遭遇低温胁迫,低温已成为影响日光温室黄瓜生长发育、产量和品质的重要因素。水杨酸(SA)和硫化氢(H_2S)是植物体内重要的信号分子,在调控植物生长发育和对非生物胁迫响应中发挥重要作用,但二者之间的互作关系尚不清楚。本研究以‘津优35’为试材,叶面喷施NaHS(H_2S供体)、SA及其清除剂或合成抑制剂,去离子水(H_2O)处理作对照(control),研究SA和H_2S调控黄瓜耐冷性机制。主要结果如下:1.内源SA受低温胁迫的诱导,SA可以提高L-/D-半胱氨酸脱巯基酶(L-/D-CD)活性与mRNA表达,从而促进内源H_2S产生;NaHS对苯丙氨酸解氨酶(PAL)、苯甲酸-2-羟化酶(BA2H)、异分支酸合成酶(ICS)和异分支酸裂解酶(IPL)活性,以及PAL、ICS mRNA表达及内源SA含量影响不大。2.低温下SA和NaHS处理黄瓜幼苗的电解质渗漏率(EL)及丙二醛(MDA)、H_2O_2和O_2.~-积累量明显降低,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性与mRNA表达,以及还原型/氧化型谷胱甘肽(GSH/GSSG)和还原型/氧化型抗坏血酸(AsA/DHA)比例显著升高,冷害症状较明显减轻,说明SA和H_2S可通过调控抗氧化酶活性与基因表达以及谷胱甘肽和抗坏血酸的氧化还原状态清除低温引起的活性氧积累,减轻低温引起的膜脂过氧化伤害。H_2S清除剂次牛磺酸(HT)可减弱SA对黄瓜幼苗耐冷性的促进效应,而SA合成抑制剂多效唑(PAC)和氨基茚磷酸(AIP)对H_2S诱导的黄瓜幼苗耐冷性影响不大。3.低温可显著上调黄瓜幼苗的C-重复结合因子(CBF1)、CBF表达诱导因子(ICE)和冷响应(COR)基因表达,与H_2O处理相比,SA、NaHS、HT+SA、PAC+NaHS和AIP+NaHS处理的冷胁迫响应基因上调幅度均显著增大。HT+SA处理的ICE、CBF1和COR mRNA表达显著低于SA处理,而PAC+NaHS和AIP+NaHS与NaHS处理的无显著差异。说明H_2S位于SA的下游调控黄瓜幼苗耐冷性。4.与H_2O处理相比,SA和NaHS均可提高低温下黄瓜幼苗的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),降低胞间CO_2浓度(Ci);增强核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(RuBPCase)、Rubisco活化酶(RCA)、景天庚酮糖-1,7-二磷酸酯酶(SBPase)和果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)活性和mRNA表达,促进光合碳同化;提高PSⅡ实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m),从而减轻胁迫对黄瓜幼苗光合机构的损伤和生长量的影响。H_2S清除剂HT可使SA对黄瓜幼苗的光合作用和生长的诱导效应明显减弱,而SA抑制剂PAC和AIP对H_2S诱导的黄瓜幼苗低温光合适应性和生长无显著影响,说明H_2S作为SA的下游信号参与调控低温下黄瓜幼苗的光合作用。


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