外源γ-氨基丁酸调控活性氧和叶绿素代谢增强甜瓜幼苗盐碱胁迫耐性

发布时间：2020-04-18 13:09

【摘要】：甜瓜是我国西北区一种重要的经济作物,适宜在弱酸性土壤中栽培,但是目前土壤盐碱化现象严重,已经成为一种主要的非生物胁迫影响植物的生长和发育。γ-氨基丁酸(GABA)对盐碱胁迫下甜瓜幼苗的生长发育有一定的改善作用,然而关于GABA诱导提高甜瓜耐盐碱性在细胞氧化还原信号和叶绿素代谢的关系方面还很少研究。因此,本文以不耐盐的甜瓜品种“一品天下208”幼苗为试验材料,采用水培种植,重点研究:外源GABA对盐碱胁迫下甜瓜幼苗活性氧代谢的影响;外源GABA对盐碱胁迫下甜瓜幼苗叶绿素代谢的影响;H_2O_2、GSH、AsA在外源GABA提高甜瓜幼苗抗盐碱性的相互作用关系。主要结果如下:1.研究了盐碱胁迫下,外源预喷施GABA和GABA合成抑制剂(3-MP)对甜瓜幼苗的生长及氧化损伤程度的影响。盐碱胁迫引发活性氧过量累积,进而毒害细胞,导致膜脂过氧化产物大量产生,电解质渗出,相对电导率升高,植株生长受到抑制,干鲜重减少,叶面积缩小,根系受到不同程度的生长抑制。外源喷施GABA能够显著缓解盐碱胁迫引起的上述伤害作用,且对叶片活性氧的清除能力优于根系。盐碱胁迫下,抑制内源GABA的合成会引起更严重的伤害,而在被抑制内源GABA合成的植株上外源喷施GABA能在一定程度上缓解氧化伤害作用,但不能显著缓解内源GABA被抑制引起的对植株生长的抑制。综上表明,GABA对于清除盐碱胁迫下甜瓜幼苗的过量活性氧,维持膜的稳定性及减缓植株生长受抑制等方面具有重要作用,内源GABA的正常代谢对植物生长发育意义重大。2.研究了盐碱胁迫下,外源预喷施GABA对甜瓜幼苗的抗氧化系统的影响。GABA在调控盐碱胁迫下叶片和根系抗氧化系统中表现出不一致的调节效果。在叶片中外源GABA主要通过提高SOD活性以及促进AsA-GSH的循环来缓解氧化损伤,而在根系中,GABA对抗氧化系统的调控能力较弱。3.为探究H_2O_2、AsA和GSH在GABA诱导的甜瓜抗盐碱性中的作用。利用H_2O_2、AsA和GSH的合成抑制剂{二甲基硫脲(DMTU),二苯基碘(DPI),丁硫氨酸亚胺(BSO)和丫啶黄素(AF)},研究H_2O_2、AsA和GSH在GABA诱导的甜瓜幼苗盐碱胁迫耐性中的作用。H_2O_2、AsA和GSH都能缓解甜瓜盐碱胁迫。抑制内源H_2O_2的产生会减弱外源GABA对盐碱胁迫的缓解作用,且在不受胁迫的条件下,外源GABA能够在短时间内迅速积累H_2O_2,在胁迫条件下外源GABA的施加降低了H_2O_2的含量。因此,H_2O_2,AsA和GSH对提高甜瓜幼苗盐碱胁迫耐受性方面具有重要作用,H_2O_2可能作为一种信号物质介导GABA调控盐碱胁迫下活性氧代谢,而AsA和GSH更可能作为抗氧化剂来调控ROS的代谢。4.研究了盐碱胁迫下,外源预喷施GABA对甜瓜幼苗的叶绿素合成的影响。盐碱胁迫促进了叶绿素的积累,并且促进叶绿素合成中各个阶段前体物质的积累,但盐碱胁迫只增加了ALAD基因的表达量,降低了PBGD、POR、CHLM、CHLG和CAO的表达量。随盐碱胁迫时间的增长,内源谷氨酸不断积累,内源GABA的积累量下降,ALA的含量增加,这说明盐碱胁迫可能促进了谷氨酸向ALA的转化而抑制了向GABA的转化。外源喷施GABA能够降低盐碱胁迫引发的叶绿素及其中间物质的积累,使其水平更接近于正常值,缓解了由叶绿素合成中间物质积累对甜瓜幼苗造成的光损伤,进而缓解了盐碱胁迫。
【图文】：

图 1-1. 被子植物叶绿素合成过程（Beale 2005）Fig. 1-1 Chlorophyll synthesis process of angiosperms注： 指向间接产物， 指向直接产物，左边方框中为右边叶绿素合成路径中未显示出的中间产物，箭头上所标的大写字母为转化过程中调控酶合成的基因。Note： points the indirect products, points the direct products, the contents of the left block diagrams referto the intermediate products which not shown in the Chlorophyll synthesis pathway of the right, the capital letters on thearrow marks refer to the genes coding the key enzymes involving in the Chlorophyll synthesis process.在受到水分胁迫后，由于 Chl 合成过程中的关键酶的调控基因下调，使 Chl 的早期生物合成降低，以此来阻止胁迫早期引起的四吡咯的积累带来的氧化伤害（Vijay et al.2012）。当除草剂抑制原卟啉原氧化酶或反义 RNA 合成沉默铁螯合酶的表达时，发现Proto IX 的积累导致叶坏死（Lee et al. 1989; Papenbrock et al. 2001）。在细菌、古细菌和植物中，ALA 是所有四吡咯的通用前体，对四吡咯生物合成的控制主要保证了足够量的 Chl 和血红素的形成，，并防止了代谢中间体的积累。由于它们的光化学性质，积聚的游离四吡咯在光照条件下产生高活性的单线态氧并引起严重的光氧化损伤（op denCamp et al. 2003）。

技术路线图
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S652

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本文编号：2632123