冷等离子体种子引发增强番茄温度胁迫抗性的机理研究

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番茄(Solanum lycopersicum L.)是我国重要的茄果类蔬菜作物,在反季节栽培中易受到低温、高温等非生物胁迫的影响。研发轻简、经济、高效的植物抗逆诱导技术是重要的科学问题。本课题研究了冷等离子体种子引发(CP)在诱导番茄温度胁迫抗性中的作用效果及机理,得到以下结果:1.亚高温胁迫下,番茄幼苗的株高、茎粗、茎叶干质量、根干质量、根冠比和壮苗指数随着CP处理功率的增加呈现先上升后下降的变化趋势,分别在25-75W的CP处理区间达到峰值,幼苗生长的综合表现以75W CP处理最优。与对照相比,CP处理增加了午间净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、气孔限制值(Ls),降低了胞间CO2浓度(Ci),综合表现出昼间较高的水分利用效率(WUE)。同时,CP处理较对照显著提高了午间亚高温环境下最大荧光(Fm)、PSⅡ潜在光化学活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、反应中心激发能捕获效率(Fv’/Fm’)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(q P)、叶绿素荧光衰减率(Rfd)、PSⅠ激发能分配系数(α)和吸收光能用于进行光化学反应的份额(P),降低了最小荧光(F0)、非光化学猝灭系数(NPQ)、光合功能相对限制值(LPFD)、PSⅡ激发能压力(1-q P)、PSⅡ激发能分配系数(β)、PSⅠ和PSⅡ间激发能分配的不平衡性(β/α-1)、天线热耗散的份额(D)和非光化学耗散的份额(Ex)。2.低温胁迫下,以75W CP处理下的番茄幼苗Fv/Fm较高,离子渗漏值和冷害指数较低,冷害胁迫缓解效果最好。此外,沉默RBOH1或外源清除H2O2后番茄抗寒性降低,说明CP诱导的耐低温性与呼吸爆发氧化酶同系物1(RBOH1)介导的过氧化氢(H2O2)有关。CP处理可促进RBOH1介导的H2O2激活9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶1(NCED1)的转录来提高脱落酸(ABA)含量,而将NCED1突变后完全抑制了CP诱导的低温胁耐受性。遗传证据表明,H2O2和ABA是耐寒性的正调控因子。CP诱导的H2O2和ABA级联信号上调了耐冷性关键基因(ICE1和CBF1)的表达,从而增加了渗透调节物质(脯氨酸和可溶性糖)的积累和抗氧化酶(SOD、APX和CAT)的活性。即CP种子处理介导H2O2和ABA信号诱导的番茄植株的低温胁迫性。综上所述:CP种子处理可以提高番茄幼苗的温度适应性,为CP种子处理技术在蔬菜工厂化育苗中的应用奠定了理论基础。
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