【摘要】：番茄是一種重要的喜溫性蔬菜作物,在我國(guó)冬季和早春季節(jié)生產(chǎn)中常遭遇低溫傷害,嚴(yán)重影響了其正常生長(zhǎng)發(fā)育,降低了產(chǎn)量和品質(zhì)。因此,探究緩解番茄低溫逆境傷害的途徑,對(duì)于實(shí)現(xiàn)番茄的越冬安全生產(chǎn)尤為重要,具有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。本文以番茄(Solanum lycopersicum L.)為試材,研究了外源5-氨基乙酰丙酸(ALA)對(duì)低溫脅迫下番茄幼苗葉片中氧化還原平衡、內(nèi)源激素水平、葉綠素合成及轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控作用;明確參與ALA調(diào)控番茄氧化還原平衡的信號(hào)分子,通過轉(zhuǎn)錄組分析ALA誘導(dǎo)的差異表達(dá)基因,并采用病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)(VIGS)對(duì)篩選的關(guān)鍵基因谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶基因(GSTU43)在番茄低溫脅迫下抗氧化作用及葉綠素合成中的作用進(jìn)行了研究。所取得的主要結(jié)果如下:1.外源施用適宜濃度ALA可以增強(qiáng)不同品種番茄低溫耐性,提高了番茄的抗氧化能力。低溫造成了兩個(gè)低溫敏感型不同的番茄品種幼苗氧化脅迫傷害,?金棚1號(hào)‘番茄對(duì)低溫敏感性高于?中雜9號(hào)‘番茄品種。外源預(yù)噴施6 mL、25 mg·L~(-1) ALA能顯著增強(qiáng)不同品種番茄低溫抗性,緩解膜脂過氧化傷害。2.H_2O_2、JA、NO、GSH和AsA參與ALA調(diào)控低溫脅迫下番茄抗氧化作用。外源施用ALA誘導(dǎo)番茄幼苗葉片中呼吸爆發(fā)氧化酶同系物1(RBOH1)基因表達(dá)量及質(zhì)外體膜H_2O_2含量的顯著上調(diào)。質(zhì)外體H_2O_2在番茄感知和傳遞低溫信號(hào)中起重要作用,其能提高低溫脅迫下番茄幼苗葉片中的還原型谷胱甘肽(GSH)和AsA的比例,而GSH和AsA與H_2O_2信號(hào)存在交互作用,從而提高了低溫脅迫下番茄幼苗的抗氧化能力。此外,外源ALA能夠誘導(dǎo)番茄幼苗葉片中茉莉酸(JA)水平的增加,H_2O_2和JA在低溫脅迫下番茄抗氧化作用中既可獨(dú)立發(fā)揮作用,又存在協(xié)同作用。一氧化氮(NO)可能位于H_2O_2下游,與JA合作,共同調(diào)控抗氧化酶基因表達(dá)及活性,從而增強(qiáng)番茄抗氧化作用。3.外源施用ALA緩解了低溫引起的番茄幼苗葉片中葉綠素合成障礙,促進(jìn)了葉綠素合成進(jìn)程,這一過程受非轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控。低溫處理降低了番茄幼苗葉片中葉綠素及其大多前體的含量,但膽色素原(PBG)和尿卟啉III(UROIII)含量和葉綠素a/b(Chl a/b)則有所增加。低溫脅迫下,ALA預(yù)處理的番茄幼苗葉片中PBG和UROIII含量較單獨(dú)低溫處理的植株顯著降低,而葉綠素含量和其他前體物質(zhì)含量則顯著提高。低溫或外源ALA處理對(duì)葉綠素合成關(guān)鍵酶基因的調(diào)控與中間物質(zhì)含量變化趨勢(shì)并不一致。綜上,外源ALA可以促進(jìn)低溫脅迫下番茄幼苗葉片中葉綠素的正常合成,但對(duì)葉綠素合成的調(diào)控作用可能在轉(zhuǎn)錄后或翻譯水平,而非轉(zhuǎn)錄水平。4.GST在ALA調(diào)控低溫下番茄抗氧化及葉綠素合成中起重要作用。外源ALA可誘導(dǎo)低溫脅迫下番茄幼苗葉片中GSTs、谷氨酸脫羧酶基因(GADs)、細(xì)胞壁合成酶基因(XTHs、tXET及UDPGH)的上調(diào)表達(dá),其中,GSTU43基因和蛋白表達(dá)及GST活性均被顯著誘導(dǎo)。采用VIGS技術(shù)沉默GSTU43基因,降低了番茄幼苗葉片中GST,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT),抗壞血酸過氧化物酶(APX)和谷胱甘肽還原酶(GR)活性及GSH比例,加重了植株的膜脂過氧化程度,增加了葉片中卟啉類化合物的含量。外源ALA預(yù)處理GSTU43沉默植株,提高了葉片中上述抗氧化酶活性,緩解了膜脂過氧化程度,降低了卟啉類化合物的含量。綜上,外源ALA能夠誘導(dǎo)GSTU43基因的上調(diào)及GST酶活性,AsA-GSH循環(huán)與GST協(xié)同發(fā)揮作用,調(diào)控植株的氧化還原狀態(tài),增強(qiáng)番茄植株的低溫抗性,從而緩解膜脂過氧化傷害,維持葉片中葉綠素的正常合成。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S641.2
【圖文】：

圖 1-1 植物響應(yīng)低溫逆境的激素信號(hào)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（Eremina et al. 2016）Fig. 1-1 Regulatory network of hormone signal involved in plant response to low temperature stress（Eremina et al. 2016）生長(zhǎng)素在調(diào)控植物生長(zhǎng)及發(fā)育方面已有很多研究。然而，關(guān)于其在調(diào)控植物冷脅迫響應(yīng)方面研究很少。研究表明，低溫可以誘導(dǎo)擬南芥和水稻植株中一些生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)的基因（Jain et al. 2009）。冷脅迫可增加植株中 IAA 的水平，調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，提高植物的冷脅迫適應(yīng)性（Du et al. 2013）。但也有研究表明，低溫可通過 ARR1/12 調(diào)控，減少生長(zhǎng)素的積累，從而抑制植物根系生長(zhǎng)（Zhu et al. 2015）。一些激素可與生長(zhǎng)素互作，共調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育，CKs 就是最重要的一種（Eremina et al. 2016）。高等植物中最常見的 CKs 是異戊烯腺嘌呤和玉米素（Sakakibara2006）。研究表明，CKs 及其信號(hào)系統(tǒng)（TCS）參與了植物體對(duì)低溫信號(hào)的響應(yīng)（Jeon andKim 2013; Jeon et al. 2016; Shi et al. 2012）。CKs 信號(hào)可以通過 AHK2、AHK3 和 AHK4三個(gè)組氨酸蛋白激酶受體傳遞（Eremina et al. 2016）。研究表明，ahk2 ahk3 雙突變株系促進(jìn) MYB15 的基因表達(dá)，抑制 CBF3 的表達(dá)，最終抑制 CBF 調(diào)控基因的表達(dá)，因此，

圖 1-2 植物體 GSTs 的調(diào)控與功能（Nianiou-Obeidat et al. 2017）Fig. 1-2 Plant GSTs regulation and functions (Nianiou-Obeidat et al. 2017)物葉綠素合成及其氧化還原調(diào)控綠素合成過程綠素（Chl）是綠色植物葉綠體內(nèi)重要色素，在光合作用捕光及能量轉(zhuǎn)換吳自明等 2008）。高等植物中 Chl 生物合成的主要位點(diǎn)是質(zhì)體，Chl 生物鍵酶由核基因編碼翻譯后導(dǎo)入葉綠體（Kobayashi and Masuda 2016; Ta 2006）。在高等植物中，大多數(shù)負(fù)責(zé) Chl 生物合成途徑的基因已被鑒定，促步驟也已確定（圖 1-3，Tripathy and Pattanayak 2012）。先，谷氨酸-tRNA 合成酶催化谷氨酸與相應(yīng)的 tRNA 結(jié)合生成谷氨tRNA），在谷氨酸-tRNA 還原酶（GluTR）催化下合成谷氨酰-1-半醛，隨-半醛轉(zhuǎn)氨酶（GSA-AT）作用下形成 ALA。ALA 的合成是整個(gè)通路的限速因素在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上精準(zhǔn)調(diào)控（Apitz et al. 2016; Richter and Grimm

圖 1-3 綠色植物質(zhì)體內(nèi)葉綠素合成路線（Tripathy and Pattanayak 2012）Fig. 1-3 Intraplastidic chlorophyll biosynthesis route in green plants（Tripathy and Pattanayak 2012）兩分子的 ALA 在 5-氨基乙酰丙酸脫水酶（ALAD）催化下合成膽色素原（PBG），后在膽色素原脫氨酶（PBGD）和尿卟啉原 III 合酶作用下形成尿卟啉原 III（UROIII）。通過幾步脫羧反應(yīng)和氧化反應(yīng)，合成原卟啉 IX（Proto IX）。此后，細(xì)胞的代謝分支分為兩種不同的路徑，即 Fe 分枝和 Mg 分枝。Fe 分支促使血紅素及其衍生物的形成，而Mg 分支的催化反應(yīng)則促使葉綠素的形成（Kobayashi and Masuda 2016）。Mg 螯合酶將 Proto IX 轉(zhuǎn)化為鎂原卟啉 IX （Mg- proto IX）。Mg- proto IX 隨后可能轉(zhuǎn)移到包膜和類囊體，被鎂原卟啉 IX 甲基轉(zhuǎn)移酶（MgMT）和鎂原卟啉原 IX 單甲酯環(huán)化酶（MPEC）酯化生成原葉綠素酸酯（Pchlide）。被子植物中，原葉綠素酸酯氧化還原酶（POR）蛋白存在于包膜和類囊體膜中，在光照條件下催化 Pchlide 生成葉綠素酸酯（Chlide）。隨后，Chlide 在葉綠素合成酶的作用下發(fā)生酯化，形成葉綠素 a（Chl a）。Chlide 在葉綠素酸酯 a 氧化酶（CAO）和葉綠素合成酶的催化下形成葉綠素 b（Chl b,

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 趙艷艷;燕飛;胡立盼;周小婷;鄒志榮;;5-氨基乙酰丙酸對(duì)NaCl脅迫下番茄幼苗光合特性的影響[J];應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào);2014年10期

2 邵怡若;許建新;薛立;張柔;吳彩瓊;盧廣超;;低溫脅迫時(shí)間對(duì)4種幼苗生理生化及光合特性的影響[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2013年14期

3 趙艷艷;胡曉輝;鄒志榮;燕飛;;不同濃度5-氨基乙酰丙酸(ALA)浸種對(duì)NaCl脅迫下番茄種子發(fā)芽率及芽苗生長(zhǎng)的影響[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2013年01期

4 劉玉鳳;李天來;焦曉赤;;短期夜間亞低溫及恢復(fù)對(duì)番茄光合作用和蔗糖代謝的影響[J];園藝學(xué)報(bào);2011年04期

5 梁李宏;梅新;林鋒;夏軍;劉術(shù)金;王金輝;;低溫脅迫對(duì)腰果幼苗葉片組織結(jié)構(gòu)和生理指標(biāo)的影響[J];生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào);2009年01期

6 吳自明;張欣;萬(wàn)建民;;葉綠素生物合成的分子調(diào)控[J];植物生理學(xué)通訊;2008年06期

7 郭軍偉;魏慧敏;吳守鋒;杜林方;;低溫對(duì)水稻類囊體膜蛋白磷酸化及光合機(jī)構(gòu)光能分配的影響[J];生物物理學(xué)報(bào);2006年03期

8 曾乃燕,何軍賢,趙文,梁厚果;低溫脅迫期間水稻光合膜色素與蛋白水平的變化[J];西北植物學(xué)報(bào);2000年01期

本文編號(hào)：2788149