外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)缓解黄瓜幼苗盐胁迫的效果及机理研究

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 13次 | 上传用户:jiaoqianqian
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在设施蔬菜生产中,随着栽培年限的增加,不当或过量施用化肥以及设施内高温、高湿、缺少雨水淋洗等因素,造成土壤或栽培基质盐分含量增加,导致盐渍化现象,带来蔬菜作物生长障碍等一系列问题。目前,土壤盐渍化问题已成为制约农业可持续发展的重要因素。提高作物耐盐性成为了农业科学研究的重点。近年来,5-氨基乙酰丙酸(ALA)的应用已经成为提高产量,增强作物抗性的一种快速有效的方法。但其提高植株对逆境抗性的机理尚不清楚。本研究将外源ALA与NaCl胁迫结合,从生长形态、抗氧化清除系统、光合色素生物合成以及Na+离子转运分配等方面,研究了外源ALA缓解黄瓜幼苗盐胁迫的生理及分子机制,以期为盐渍化条件下黄瓜栽培提供一定的技术指导及理论依据。主要研究结果如下:1.适宜浓度的ALA(25 mg L-1)能够促进中度NaCl胁迫(50 mmol L-1)下黄瓜幼苗的生长,包括幼苗株高和叶面积,打破了盐胁迫对幼苗生长的抑制作用。但ALA施用于植物具有浓度效应,适宜浓度可促进植株生长,高浓度(50 mg L-1)抑制植株生长。在中度盐胁迫条件下,外源施用ALA能够显著提高幼苗的干鲜重,明显促进黄瓜幼苗根系形态的建成(包括总根长、根尖数、根系体积以及根系表面积)。另外,外源ALA还抑制了由盐胁迫引起的植株根尖伸长区凋亡,增加了活细胞的数量,提高了幼苗的根系活力。2.NaCl胁迫条件下,外源喷施ALA能够提高AsA-GSH循环中抗坏血酸过氧化物酶APX,单脱氢抗坏血酸还原酶MDHAR,脱氢抗坏血酸还原酶DHAR和谷胱甘肽还原酶GR的酶活性,提高了植株对H2O2的清除效率。同时,提高了非酶抗氧化剂AsA和GSH的含量,使AsA/DHA和GSH/GSSG比值升高,促进了黄瓜幼苗体内还原型抗氧化剂库,降低了MDA和H2O2含量。另外,外源ALA可促进定位于质体外的抗坏血酸氧化酶AAO的活性,增强了质外体对氧化胁迫的缓冲效应。3.外源ALA增强了盐胁迫条件下黄瓜幼苗的叶绿素荧光参数,包括PSⅡ实际光化学效率Y(Ⅱ),以及光化学淬灭系数qL。同时,增强了植株的光合气体交换能力,如净光合速率Pn,气孔导度gs,胞间CO2浓度Ci以及蒸腾速率Tr。对ALA代谢通路的研究发现,NaCl胁迫下喷施ALA可使植株体内内源ALA、尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁-原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)、原叶绿素酸酯(Pchlide)及叶绿素a含量与遭受盐胁迫的植株相比均显著增加。相反,血红素(heme)的含量在盐胁迫条件下增加而在ALA处理中降低。说明盐胁迫使ALA代谢通路重心向Fe-支路转移,可看做是植物对盐胁迫的一种适应机制。对代谢通路关键酶基因相对表达的研究发现,HEMA1,CHLH,POR和CAO的相对表达量均在ALA处理中上调,然而,HEMH基因的表达在外源ALA处理中有所下调。说明在盐胁迫下,外源ALA使代谢通路重心向Mg-支路转移,产生更多捕光色素,有利于光合作用的进行。此外,外源ALA处理还修复了盐胁迫对叶绿体超微结构造成的损伤,使肿胀的叶绿体恢复其结构,形成了有序的类囊体和基粒片层,类囊体的降解程度减轻,并且淀粉粒数量增加。4.外源ALA使盐胁迫条件下Na+在黄瓜根系细胞中的吸收和分配情况得到改善,减轻了离子毒害。同时,外源ALA还修复了盐胁迫对根尖细胞超微结构的损害,增加了线粒体的数量,明显降低了胞质离子沉积现象。外源喷施ALA使质膜H+-ATP酶(HA3),液泡膜H+-ATP酶(VHA-A),质膜Na+/H+逆向转运体(SOS1)及液泡膜Na+/H+逆向转运体(NHX1)蛋白表达量上调;说明其减少了细胞对Na+的吸收,并使液泡膜向内转运Na+的能力增强。另外,外源ALA处理使SOS1和HA3基因的表达量在NaCl胁迫条件下上调;而NHX1和VHA-A基因的相对表达量与盐胁迫下相比没有显著差异。
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