鈣緩解黃瓜幼苗NaC1脅迫傷害的蛋白質(zhì)組學(xué)及光合碳代謝研究.pdf

1、鹽漬化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅是一個(gè)全球性的熱點(diǎn)問(wèn)題，近年來(lái)，隨著我國(guó)園藝作物設(shè)施栽培的快速發(fā)展，設(shè)施土壤次生鹽漬化問(wèn)題日趨突出，嚴(yán)重影響作物的生育和產(chǎn)量。通過(guò)各種有效手段來(lái)提高植株的耐鹽性具有重要意義。Ca2+對(duì)植物抗逆性的研究比較多，特別是在耐鹽性方面，相關(guān)研究已經(jīng)從植株生理生態(tài)、生長(zhǎng)發(fā)育、生理代謝、基因表達(dá)等水平闡明了Ca2+提高植株耐鹽性的機(jī)理，但在高通量的蛋白質(zhì)組學(xué)方面鮮有報(bào)道。
　　本研究采用營(yíng)養(yǎng)液栽培，以鹽敏感型黃瓜品種‘津

2、春2號(hào)'為試材，研究了葉面噴施外源CaCl2對(duì)75mmol·L-1NaCl脅迫下蛋白質(zhì)組表達(dá)的影響，根據(jù)差異蛋白質(zhì)譜鑒定結(jié)果，結(jié)合mRNA轉(zhuǎn)錄水平、光合氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、碳水化合物的積累等，探討外源鈣緩解黃瓜幼苗鹽脅迫傷害的生理機(jī)制和分子基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:
　　75mmol·L-1NaCl脅迫使黃瓜幼苗地上部和根系鮮重、干重顯著下降，植株株高和莖粗也顯著降低，表明鹽脅迫顯著抑制了黃瓜幼苗的生長(zhǎng)，使植株生物量積累明

3、顯降低;葉面噴施不同濃度的Ca2+能不同程度地緩解鹽脅迫對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)的抑制，并具有明顯的濃度效應(yīng)，以4mmol·L-1CaCl2濃度緩解效果最佳，生物量較單純鹽脅迫提高75.4％。
　　黃瓜幼苗葉片的可溶性蛋白含量在NaCl脅迫下顯著下降，噴施Ca2+后在處理第3d時(shí)降低，第6d和9d時(shí)升高;NaCl脅迫下，黃瓜幼苗根系可溶性蛋白含量先小幅升高后顯著降低，噴施Ca2+后先降低后升高。SDS-PAGE分析結(jié)果表明，鹽脅迫下黃瓜葉片

4、中有12種蛋白表達(dá)量發(fā)生明顯變化，其相對(duì)分子量(×103)分別為:87.5、77.9、75.7、74.1、65.1、54.3、50.5、44.7、40.7、31.4、26.0和21.5;根系中則有7種蛋白表達(dá)量發(fā)生變化，其相對(duì)分子量(×103)分別為:81.1、76.6、46.9、45.2、39.5、23.8和16.8。
　　NaCl脅迫和外源CaCl2處理?xiàng)l件下，共有50個(gè)蛋白點(diǎn)對(duì)鹽脅迫和/或噴鈣做出了響應(yīng)，經(jīng)質(zhì)譜鑒定和功能分類

5、后發(fā)現(xiàn)，這些蛋白點(diǎn)涉及光合作用及能量代謝、氨基酸及脂類代謝、脅迫防御、蛋白質(zhì)及核酸生物合成、激素合成與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及其他功能。NaCl脅迫對(duì)與光合作用及能量代謝的相關(guān)的蛋白影響最為明顯，而外源CaCl2處理后卡爾文循環(huán)的增強(qiáng)，調(diào)節(jié)了糖酵解、磷酸戊糖途徑關(guān)鍵酶和氨基酸及脂類代謝，提高脅迫防御相關(guān)蛋白，促進(jìn)激素合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等，在蛋白質(zhì)水平上表現(xiàn)出積極的保護(hù)作用。
　　選取10個(gè)編碼光合及葉綠素合成關(guān)鍵酶的基因，如Rubisco大亞基（R

6、bcL）、Rubisco小亞基（RbcS）、Rubisco活化酶(RCA)、放氧增強(qiáng)蛋白(psbO)和膽色素原脫氨酶（PBGD）等，研究鹽和鈣在基因轉(zhuǎn)錄水平的響應(yīng)，進(jìn)一步驗(yàn)證差異表達(dá)蛋白的編碼基因在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上的相關(guān)性。結(jié)果顯示:PRK、Ald、petC、PBGD和Gsa5個(gè)候選轉(zhuǎn)錄子與相應(yīng)的蛋白豐度表現(xiàn)出一致的轉(zhuǎn)錄積累特性。與卡爾文循環(huán)、光合電子傳遞、葉綠素合成相關(guān)的基因RbcL、PRK、petC、petH、PBGD、Gsa在鹽脅

7、迫下表達(dá)顯著下調(diào)，而RbcS、psbO、AM3個(gè)基因受到鹽脅迫刺激表達(dá)上調(diào)。施加外源鈣后，RCA、PRK、petH、Gsa受到鈣的誘導(dǎo)積累量較單純鹽脅迫顯著提高，表明鈣在鹽脅迫下調(diào)節(jié)黃瓜植株光合作用和葉綠素代謝關(guān)鍵酶中發(fā)揮重要作用。
　　與對(duì)照相比，75mmol·L-1NaCl抑制了黃瓜幼苗葉片光合色素的合成，PSⅡ遭到破壞，植株的凈光合速率降低46.9％提高了葉片蔗糖、淀粉、可溶性總糖含量及蔗糖合酶(SS)、磷酸蔗糖合酶(SPS