论文部分内容阅读
盐碱胁迫是造成作物减产的主要非生物胁迫之一,关于提高作物耐盐碱性的研究已引起人们的广泛关注。多胺(PAs)是生物在其生命活动过程中产生的一类次生代谢物,在植物中具有调节基础代谢、影响生长发育、控制形态建成、延缓衰老等功能,主要包括腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm),其中Spd与植物抗逆性的关系最为密切。研究表明,外源Spd处理能够在一定程度上缓解盐胁迫的抑制效应,甚至能提高作物在高盐胁迫下的生产潜力。然而,目前关于外源Spd对植物抗盐性的影响机理研究多集中在NaCl上,而对碱性盐的研究报道极少。番茄(Solanum lycopersicum)是一种世界范围内广泛栽培和消费的蔬菜作物,也是植物遗传学及茄科作物研究中的模式植物。栽培番茄属于中度盐敏感型作物,盐碱逆境极易给其生产造成严重损失。本文以耐性不同的两个番茄品种(盐碱耐性较强的‘金棚朝冠’和盐碱耐性较弱的‘中杂9号’)为试材,采用水培法,通过模拟盐碱生态条件(NaCl:Na2SO4: NaHCO3: Na2CO3=1:9:9:1),结合外源施用0.25mmol·L-1Spd(叶面喷施或浸种),研究Spd对盐碱胁迫下番茄幼苗生长、光合荧光特性、主要矿质元素含量、抗氧化保护系统、渗透调节系统、氮代谢和PAs代谢的影响,探讨外源Spd在提高番茄耐盐碱性中的生理调节功能。同时,对盐碱和外源Spd处理下盐碱敏感型品种‘中杂9号’的叶片差异蛋白进行了质谱分析和功能鉴定,以期初步揭示外源Spd对番茄响应盐碱胁迫的蛋白质表达调控基础。主要结果如下:1.盐碱胁迫下,两品种番茄幼苗生长受抑,叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量、PSII光化学量子效率、光合电子传递速率、光化学淬灭系数、全P含量及叶片/根系全N、全K、Ca2+、Mg2+含量均显著降低,叶片非光化学淬灭系数及叶片/根系Na+含量均显著升高,且‘中杂9号’受胁迫的影响程度较大;在处理第5d,盐碱逆境对‘中杂9号’的光合限制以非气孔因素为主,而对‘金棚朝冠’的则以气孔因素为主。外源喷施Spd能够显著改善盐碱胁迫下番茄幼苗地上部的生长状况,提高叶绿素含量,增强PSII反应中心的光化学活性,有效减轻盐碱逆境对番茄叶片光合电子传递的抑制及其对光合作用的气孔限制和非气孔限制,并有助于维持番茄植株主要矿质营养元素间的相对平衡,且对耐盐碱性相对较弱的‘中杂9号’盐碱毒害的缓解效果更为明显。2.盐碱胁迫下,两品种番茄幼苗的游离氨基酸总量、NH4+含量及谷氨酸脱氢酶(GDH)活性增加,而NO3-含量及硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、谷草转氨酶、谷丙转氨酶活性均有所降低,同时,盐碱逆境的这种效应在外源Spd作用下有所减缓,尤其对‘中杂9号’的效果更明显。表明,外源喷施Spd可通过加强GDH、GS/GOGAT和转氨三大途径的协同作用以促进盐碱条件下过量氨的同化,使细胞内的NH4+及其代谢酶维持在适度平衡状态,进而减轻氨毒害作用并有效缓解盐碱胁迫引起的氮代谢紊乱,从而促进植株生长。3.盐碱胁迫下,两品种番茄幼苗的超氧阴离子产生速率、过氧化氢含量增加,较高的活性氧(ROS)水平导致膜脂过氧化程度加剧,丙二醛含量明显升高;同时盐碱处理在一定程度上诱导了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性及脯氨酸、可溶性糖的积累。外源喷施Spd处理一方面通过提高盐碱逆境下细胞内SOD、POD、CAT的活性来降低ROS水平,从而减轻对膜脂的过氧化损伤;另一方面通过诱导盐碱胁迫植株体内渗透调节物质的进一步合成或积累来提高细胞的吸水能力,进而增强番茄幼苗的盐碱耐性。4.盐碱胁迫下,两番茄品种的根系不同种类、不同形态PAs含量均显著增加。与‘中杂9号’相比,‘金棚朝冠’的根系游离态和束缚态Spd、结合态Spd和Spm含量,及其S-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)和二胺氧化酶(DAO)活性在盐碱胁迫下的增幅较大。盐碱条件下,外源Spd浸种处理抑制了两品种的根系游离态Put积累,显著促进游离态Spd和Spm、结合态Spd及束缚态Put含量的增加。可见,盐碱胁迫下Spd浸种处理促进了游离态Put向游离态Spd和Spm的转化,以及结合态和束缚态PAs的积累。盐碱胁迫下,Spd浸种处理提高了‘中杂9号’根系鸟氨酸脱羧酶(ODC)、SAMDC和DAO活性,降低了其精氨酸脱羧酶(ADC)和PAs氧化酶(PAO)活性;同时,外源Spd降低了‘金棚朝冠’根系ADC和ODC活性,但提高了其SAMDC和DAO活性。这表明,外源Spd参与了盐碱胁迫下番茄幼苗体内PAs代谢的调节,同时,Spd浸种处理对耐性不同品种的效应存在着一定的差异。5.对盐碱敏感型番茄品种‘中杂9号’叶片的双向电泳分析结果显示,盐碱+Spd、单纯Spd喷施处理、对照、单纯盐碱处理植株的叶片蛋白点数分别为1172、1243、1084和954个。选取其中82个差异蛋白点进行质谱分析和数据检索,其中72个蛋白点得到了有效的搜库结果,这些蛋白主要参与了胁迫防御反应、氨基酸代谢、光合作用、光呼吸、能量转换、信号转导、蛋白折叠和转录后调控等生理过程。进一步表明,盐碱和外源Spd处理下植株可通过诱导多种代谢途径的协调作用来适应外界环境的变化。