外源亞精胺緩解高溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素代謝的作用機(jī)理研究.pdf

1、高溫脅迫是影響植物生長發(fā)育的主要非生物（環(huán)境）脅迫因子之一，是植物產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的重要限制性因子(Boyer，1982b)。黃瓜（Cucumis sativus L.）是一種世界性的重要蔬菜作物，也是我國設(shè)施栽培面積較大、效益較高的蔬菜作物之一，其喜溫怕熱，適宜同化溫度為25～30℃，超過38℃會導(dǎo)致熱傷害，而遇到50℃左右高溫時，短時間內(nèi)莖葉出現(xiàn)壞死(Oda,1993; Talanova.V.V et al.，2006)。高溫脅迫嚴(yán)重

2、影響黃瓜的生長發(fā)育和光合作用，而作為植物光合作用光能捕獲與傳遞的主要色素分子，植物葉綠素含量與光合作用具有正相關(guān)關(guān)系。高溫脅迫下黃瓜葉片葉綠素含量明顯降低，而外源Spd可顯著提高黃瓜葉綠素含量，但其作用機(jī)制并不清楚。本研究以高溫敏感的黃瓜品種‘津春2號’為材料，采用基質(zhì)栽培方式，利用人工氣候箱內(nèi)培育黃瓜幼苗，研究了葉面噴施1.0 mmol·L-1外源亞精胺(Spd)對高溫脅迫下(42℃/32℃)黃瓜幼苗葉片Chl合成和降解的影響，從葉綠

3、體超微結(jié)構(gòu)、Chl合成前體物質(zhì)、LHCPⅡ-Chl復(fù)合體蛋白、類囊體膜蛋白及其應(yīng)答基因等方面，探討外源Spd緩解高溫脅迫下黃瓜幼苗葉綠素代謝的作用機(jī)制，為外源多胺提高黃瓜植株耐熱性的實(shí)踐提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.高溫脅迫顯著降低黃瓜幼苗葉片葉綠素含量，植株生長明顯被抑制，并且葉綠體超微結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的變化，基粒類囊體片層受到擠壓，葉綠體嚴(yán)重變形，甚至出現(xiàn)了質(zhì)壁分離的現(xiàn)象;而外源Spd可緩解高溫脅迫對黃瓜幼苗的危害，穩(wěn)

4、定葉綠體結(jié)構(gòu)，致使葉綠素含量升高，生長被促進(jìn)。
　　2.利用藍(lán)綠溫和肢凝膠電泳(BN-PAGE)和SDS-尿素-PAGE電泳技術(shù)對類囊體膜蛋白復(fù)合體亞基進(jìn)行分離，總共有40多個膜蛋白點(diǎn)通過肉眼可見，通過質(zhì)譜分析成功鑒定22個差異蛋白點(diǎn)。結(jié)果表明，高溫導(dǎo)致幼苗類囊體膜上的ATPaseCF1、CP47、D1、 D2等膜蛋白表達(dá)急劇下降;檢測膜蛋白的應(yīng)答基因發(fā)現(xiàn)，外源Spd上調(diào)了Lhcb2、Lhcb4、 Lhcb5、Lhcb6、PsbA

5、、PsbD、Lhcp、atpA基因的表達(dá)。表明Spd從蛋白合成和轉(zhuǎn)錄水平上，不同程度地調(diào)節(jié)了高溫脅迫下光合蛋白以及類囊體膜蛋白的適應(yīng)性變化，促進(jìn)類囊體蛋白合成，緩解LHCⅡ-Chl復(fù)合體以及類囊體復(fù)合蛋白解離，減緩高溫對黃瓜幼苗的傷害。表明外源Spd在高溫脅迫下直接進(jìn)入完整葉綠體中，穩(wěn)定類囊體結(jié)構(gòu)，提高類囊體蛋白應(yīng)答基因的表達(dá)，促進(jìn)類囊體蛋白合成，緩解LHCⅡ-Chl復(fù)合體以及類囊體復(fù)合蛋白解離，保護(hù)了黃瓜幼苗光合器官結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，和功

6、能上的完整性，進(jìn)而提高黃瓜幼苗在高溫下的脅迫抗性。
　　3.高溫脅迫下，葉綠素合成前體膽色素原(PBG)含量降低，而尿卟啉原(UroⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和鎂原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)含量顯著升高，并且PBG向UROⅢ轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵酶膽色素原脫氨酶(PBGD)和尿卟啉原合酶(UROS)活性及其編碼基因HMBS和UROS表達(dá)水平顯著提高，積累大量高能態(tài)的葉綠素合成中間產(chǎn)物，增加了葉綠素氧化漂白的風(fēng)險(xiǎn);外源Spd通過減緩葉綠素

7、生物合成的PBG到UROⅢ的轉(zhuǎn)化，有效避免葉綠素氧化漂白降解，從而減緩高溫對黃瓜幼苗帶來的傷害。
　　4.高溫脅迫下，葉綠素降解代謝分析表明，高溫提高了葉綠素降解“脫鎂葉綠酸加氧酶(PaO)”途徑的關(guān)鍵酶葉綠素酶(Chlase)和脫鎂螯合酶(MDCase)活性及其應(yīng)答基因CLH的轉(zhuǎn)錄水平，葉綠素降解相關(guān)酶基因PAO、RCCR、CBR和葉綠素降解調(diào)控因子SGR1基因表達(dá)水平也顯著被促進(jìn);同時，外源Spd降低了Chlase和MDCas

8、e活性及其基因轉(zhuǎn)錄水平，并且使PaO、紅葉綠素代謝還原酶(RCCR)、葉綠素b還原酶(CBR)和葉綠素降解調(diào)控因子SGR1基因表達(dá)水平顯著降低。表明外源Spd減緩了葉綠素降解進(jìn)程，最終提高了葉綠素含量。此外，Spd提高高溫脅迫下葉綠素含量，可能還與葉綠素降解調(diào)控因子SGR1有關(guān)。
　　綜上所述，高溫脅迫使葉綠體結(jié)構(gòu)破壞，加速黃瓜葉片葉綠素生物合成的PBG到UROⅢ轉(zhuǎn)化進(jìn)程的同時，也使降解進(jìn)程加快。外源Spd明顯減緩了PBG到URO