鈣對(duì)低氧脅迫下黃瓜幼苗碳、氮代謝影響的研究.pdf

1、無(wú)土栽培中水培營(yíng)養(yǎng)液供氧不足或基質(zhì)培根墊的形成均會(huì)造成低氧逆境，影響植株正常生長(zhǎng)發(fā)育，成為困擾無(wú)土栽培技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于生產(chǎn)的限制性因子，提高植株在低氧脅迫下的耐性和抗性對(duì)無(wú)土栽培技術(shù)的推廣具有意義重大。Ca<'2+>作為植物生長(zhǎng)所必需的大量元素和偶聯(lián)胞外信號(hào)與胞內(nèi)生理反應(yīng)的第二信使，在逆境脅迫下細(xì)胞內(nèi)含量顯著提高，能夠?qū)⑼饨绛h(huán)境脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)，與胞內(nèi)CaM形成Ca<'2+>·CaM復(fù)合物，通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)誘導(dǎo)一些生理和生化代謝途徑

2、的改變，緩解逆境脅迫對(duì)植物的傷害。植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中具有了一系列適應(yīng)低氧逆境的生理代謝過(guò)程，但低氧脅迫下，外源鈣、鈣抑制劑和鈣調(diào)素拮抗劑處理對(duì)低氧脅迫下黃瓜植株低氧耐性的影響未見(jiàn)系統(tǒng)研究。 本文以耐低氧能力具有顯著差異的兩個(gè)黃瓜(Cucumis sativus L.)品種(耐低氧能力較強(qiáng)的‘綠霸春4號(hào)’和耐低氧能力較弱的‘中農(nóng)8號(hào)’)為試材，采用營(yíng)養(yǎng)液水培法，運(yùn)用溶氧濃度調(diào)節(jié)儀精確控制營(yíng)養(yǎng)液溶氧濃度，結(jié)合營(yíng)養(yǎng)液加減Ca<

3、'2+>、葉面噴施Ca<'2+>抑制劑La<'3+>和Ca<'2+>螯合劑EGTA、根系CaM拮抗劑TFP預(yù)處理，研究了Ca<'2+>、CaM對(duì)低氧脅迫下黃瓜幼苗根系呼吸代謝、根系和葉片氮代謝、碳水化合物代謝的影響及其與低氧耐性的關(guān)系，探討Ca<'2+>和CaM在黃瓜植株適應(yīng)低氧脅迫過(guò)程中的生理調(diào)節(jié)功能。主要研究結(jié)果如下： 低氧脅迫使黃瓜幼苗根系中無(wú)氧呼吸能力提高，有氧呼吸能力降低，抗氧化酶活性增加，表現(xiàn)為植株根系乳酸脫氫

4、酶(LDH)、丙酮酸脫羧酶(PDC)、乙醇脫氫酶(ADH)、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性顯著提高，乳酸、乙醛和乙醇含量增加。與‘中農(nóng)8號(hào)’相比，‘綠霸春4號(hào)’幼苗根系LDH活性增加緩慢且幅度較小，而ADH、PDC、SOD、POD和CAT增加幅度較大，乳酸、乙醛含量較低，乙醇含量較高，異檸檬酸脫氫酶(IDH)和琥珀酸脫氫酶(SDH)活性降幅也較小，對(duì)提高黃瓜低氧耐性起著重要的作用。

5、 外源Ca<'2+>對(duì)低氧脅迫下黃瓜幼苗的傷害有顯著的緩解效應(yīng)，可改善根系的生長(zhǎng)狀況，顯著地提高低氧脅迫下黃瓜幼苗的鮮重和干重；與單純低氧脅迫相比，外源Ca<'2+>處理能夠提高ADH活性，降低LDH活性，避免乳酸和乙醛的積累，同時(shí)使植株保持較高的IDH和SDH活性，進(jìn)行一定的有氧呼吸代謝；而營(yíng)養(yǎng)液缺鈣處理提高了LDH活性，植株根系內(nèi)乳酸和乙醛含量顯著提高，同時(shí)IDH和SDH活性顯著降低，加重了低氧脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害。表明外源ca<'

6、2+>可通過(guò)調(diào)節(jié)黃瓜幼苗根系內(nèi)呼吸代謝來(lái) 緩解低氧脅迫對(duì)植株的傷害。 外源Ca<'2+>處理能夠提高黃瓜幼苗根系和葉片蔗糖合酶(SS)、蔗糖磷酸合酶sPS)、蔗糖轉(zhuǎn)化酶(INV)和葡萄糖激酶(GK)活性、降低根系淀粉和葡萄糖的含量，能夠改善黃瓜植株地上部和地下部碳水化合物的比例，進(jìn)而促進(jìn)黃瓜幼苗形成新的碳水化合物代謝，來(lái)適應(yīng)低氧逆境；而營(yíng)養(yǎng)液缺鈣處理表現(xiàn)出相反的結(jié)果。表明在低氧脅迫下，鈣參與調(diào)節(jié)黃瓜幼苗碳水化合物代

7、謝，對(duì)提高幼苗對(duì)低氧脅迫的適應(yīng)性起著重要作用。 外源ca<'2+>處理可顯著地提高低氧脅迫下黃瓜植株體內(nèi)硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、熱穩(wěn)定蛋白、細(xì)胞壁離子鍵結(jié)合蛋白、細(xì)胞壁共價(jià)結(jié)合蛋白含量和硝酸還原酶(NR)活性；而營(yíng)養(yǎng)液缺鈣處理降低了黃瓜植株體內(nèi)氮素保護(hù)性物質(zhì)含量，加重了低氧脅迫對(duì)黃瓜植株的傷害。葉面噴施5 mmol／LLa<'3+>、EGTA處理，植林地上部和地下部的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，顯著降低了低氧脅迫下根系和葉片可溶性蛋白、熱

8、穩(wěn)定蛋白、細(xì)胞壁離子鍵結(jié)合蛋白和細(xì)胞壁共價(jià)結(jié)合蛋白含量，而且EGTA處理對(duì)幼苗生長(zhǎng)的抑制效果比La<'3+>處理效果顯著，表明Ca<'2+>通道抑制劑La<'3+>和ca<'2+>螯合劑EGTA能夠通過(guò)抑制蛋白質(zhì)代謝，加重低氧脅迫對(duì)黃瓜幼苗的傷害，暗示Ca<'2+>只有從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞才能發(fā)揮增強(qiáng)幼苗低氧耐性的作用。這些結(jié)果表明外源Ca<'2>可通過(guò)調(diào)節(jié)黃瓜幼苗氮代謝來(lái)緩解低氧脅迫對(duì)植株的傷害。 looμol·L<'-1