1-甲基环丙烯（1-MCP）缓解黄瓜和辣椒高温伤害的研究

发布时间：2020-09-08 11:40

　　黄瓜和辣椒是我国设施栽培中的主要作物,但全球气温上升所导致的极端高温频发严重制约二者的生长发育和产量提高。如何缓解高温胁迫对农作物生长和产量造成的不利影响,是农业科学家研究的重点之一。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)作为一种新型乙烯抑制剂,能参与植物体中众多生理生化反应,调节植物生长发育。目前关于1-MCP的研究主要集中在改善园艺产品贮藏品质和延长商品货架期方面,对其缓解黄瓜和辣椒高温伤害的机理鲜有报道。因此,本试验利用人工气候室模拟高温环境,研究叶面喷施1-MCP缓解黄瓜和辣椒幼苗高温伤害的生理及分子机制。通过叶面喷施不同浓度1-MCP对日光温室秋冬茬黄瓜、辣椒产量的影响,探讨1-MCP提高作物产量的机制并明确其最适浓度。本论文主要研究结果如下:1.叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能有效缓解高温胁迫对黄瓜幼苗造成的伤害。高温胁迫下黄瓜幼苗生长受到严重抑制,热害指数高达46.7,而叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能显著缓解幼苗高温伤害。与对照相比,1-MCP处理促进幼苗光合速率、全株干重、根系活力显著增加,分别提高12.7%、55.1%、78.5%;1-MCP处理能明显抑制高温胁迫下幼苗体内MDA含量、叶片相对电导率、H_2O_2含量和O2产生速率的上升,提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量以缓解高温对植物细胞造成的伤害;1-MCP处理能显著减少幼苗体内脱落酸和乙烯等衰老激素的积累,抑制乙烯生物合成关键酶ACS和ACO活性,下调乙烯受体和相关基因表达量,从而缓解高温对黄瓜幼苗生长造成的伤害。2.叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能有效缓解高温胁迫对辣椒幼苗造成的伤害。高温胁迫下辣椒幼苗生长受到严重抑制,热害指数高达60.5,而叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能显著缓解高温氧化伤害。与对照相比,1-MCP能促进幼苗叶绿素a、叶绿素b含量、鲜重、干重、根系活力显著增加,分别提高27.1%、25.0%、56.4%、35.3%;1-MCP处理能明显抑制高温胁迫下幼苗MDA含量、叶片相对电导率、H_2O_2含量和O2产生速率的上升,分别较对照降低48.4%、23.0%、54.9%和71.1%;促进提高抗氧化酶SOD、POD和CAT的活性分别提高12.0%、44.4%和125.8%,可溶性糖和可溶性蛋白质含量分别提高29.8%和18.9%,从而缓解高温对辣椒幼苗生长造成的伤害。3.定植前2 d叶面喷施1-MCP能促进日光温室秋冬茬黄瓜产量提高。叶面喷施20、80、160g·ha~(-1) 1-MCP均有利于幼苗定植后的生长和产量提高,其中以80 g·ha~(-1) 1-MCP效果最佳。一方面,叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能促进幼苗定植后株高、叶片数、和壮苗指数和光合速率显著增加,有利于黄瓜幼苗生长;另一方面,叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能促进黄瓜雌花提早2 d开放,单株产量和单株结果数较对照分别增加19.7%和25.7%,有利于提高日光温室黄瓜前期、中期产量和总产量分别提高22.4%、29.5%和19.6%。4.定植前2 d叶面喷施1-MCP能促进日光温室秋冬茬辣椒产量提高。叶面喷施20、80、160g·ha~(-1) 1-MCP均有利于幼苗定植后生长和产量的提高,其中以80 g·ha~(-1) 1-MCP效果最佳。一方面,叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP促进幼苗株高、茎粗、鲜重、干重、壮苗指数显著提高,分别较对照提高6.7%、9.9%、43.0%、41.0%、38.4%;绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别较对照增加31.9%、40.5%、18.2%;叶片光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著增加,分别较对照增加18.8%、43.7%和21.9%,胞间二氧化碳浓度降低6.1%;另一方面,叶面喷施80 g·ha~(-1) 1-MCP能促进辣椒单株果数、单株产量、前期产量、中期产量、后期产量和总产量显著上升,分别较对照提高12.8%、12.8%、13.0%、22.6%、9.2%、13.2%。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S641.3;S642.2
【部分图文】：

乙烯生物合成,途径,乙烯

图 1-1 乙烯生物合成途径（万丽云，2011）Fig. 1-1 The biosynthesis pathway of ethylene （Wang Liyun，2011）烯在生物体内的信号转导情况下，乙烯受体处于激活状态，与一个 Raf 类的 Ser/Thr 蛋白激酶 CT质网膜上，乙烯与受体结合并改变受体构象，处于关闭状态的受体无法与R1 失活刺激下游元件 EIN2 发生去磷酸化，使得乙烯信号得以向下游传递（EIN2 结构断裂后其 C 端发生剪切并进入细胞核用于激活下游 EIN3/EILs 转乙烯信号会阻断 F-box 蛋白成员 EBF1 和 EBF2 ( EIN3-binding F-box proteIN3 降解（Potuschak et al，2003；Guo et al，2003）。EIN3/EIL1 作为乙烯信录因子，通过参与调控 ERF1、SID2、EBF2、FLS2、PORA 和 PORB 等下乙烯应答反应（Xing et al，2012）。当乙烯缺乏时，CTR1 参与调控 EIN2 的2 的断裂，诱导核内 EIN3 的蛋白酶体降解，阻止乙烯进行继续传递。南芥中，共有 5 个乙烯受体，分别为 ETR1、ETR2、ERS1、ERS2 和 EIN4。号感受域、C 端组氨酸激酶结构域和反应调控结构域组成，遗传研究表明这烯信号中均起负调控作用。EIN2 是其中唯一的其功能缺失可导致乙烯反应完

高温胁迫,黄瓜,叶面喷施,辣椒

图 1-2 乙烯信号通路模式图（Ji，2013）Fig. 1-2 Model of ethylene signal pathway（Ji，2013）1.4 研究目的与意义1-MCP 作为一种高效、无毒无害的乙烯抑制剂，现有研究和技术应用仍集中于改善园艺品采后贮藏保鲜方面（Lina et al，2017；Wei et al，2017）。1-MCP 的使用方法也多为密闭熏处理，该方法存在人工成本高、处理容器要求严格密封条件等缺点，且在搬运过程易造成果机械损伤，使植物更容易感染病害。与熏蒸处理相比，叶面喷施 1-MCP 更符合现代农业生产工省时的需求。目前叶面喷施 1-MCP 对高温胁迫下黄瓜、辣椒幼苗生长以及对日光温室黄瓜辣椒产量影响的研究甚少。因此，试验以设施中主要栽培作物黄瓜和辣椒为对象，研究叶面施 1-MCP 对高温胁迫下植株生长、活性氧代谢和基因表达等方面的影响，从植物生理学角度转录水平探讨 1-MCP 在提高植株耐热性中的生理调节功能及其与作用机理，为 1-MCP 在蔬生产及抗逆性研究提供参考。1.4.1 主要研究内容（1）1-MCP 对高温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响

高温胁迫,根系活力,茎粗,叶面积

Csa6M484600.2 Actin TTCTGGTGATGGTGTGAGTC GGCAGTGGTTGTGAACATG2.1.3 数据处理分别用 Microsoft Excel 和 GraphPad Prism 6，Photoshop CS6 软件处理数据和作图，用 SAS统计软件对数据进行单因素方差分析，并运用 Duncan 检验法对显著性差异（P＜0.05）进行多重比较。图表中数据为平均值±SD。2.2 结果与分析2.2.1 1-MCP 对高温胁迫下黄瓜幼苗生长指标的影响与 CK 相比，高温胁迫下幼苗生长严重受抑，具体表现为株高、茎粗、叶面积、鲜重和干重分别下降 20.6%、21.6%、36.8%、35.2%，35.5%，幼苗热害指数高达 46.7，根系活力下降49.8%。与 T1 相比，T2 明显缓解了高温胁迫对幼苗生长造成的抑制作用，具体表现为 T2 能显著促进鲜重增加 40.9%，干重增加 55.1%，株高、茎粗、叶面积分别提高 22.4%、12.3%、27.8%，热害指数降低至 16.3，根系活力较 T1 高出 78.5%（图 2-1，图 2-2，表 2-2）。由此可见，叶面喷施 1-MCP 通过促进高温条件下幼苗生物量积累及根系活力的提高等，缓解高温胁迫对幼苗生长造成的伤害。

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