本文關(guān)鍵詞：銨硝營養(yǎng)緩解小型大白菜幼苗弱光脅迫的生理和分子機(jī)制

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【摘要】：小型大白菜(Brassica pekinensis)是高原夏菜主栽品種之一,生產(chǎn)中常易遭受各種弱光逆境。弱光作為限制作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因子之一,普遍存在于設(shè)施栽培條件下,因此,本研究結(jié)合光照強(qiáng)度與銨硝配比探討不同光照強(qiáng)度下小型大白菜幼苗最佳銨硝配比,以及適宜銨硝配比緩解小型大白菜幼苗弱光脅迫的生理和分子機(jī)制,以期為小型大白菜苗期弱光下的生長調(diào)控提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。采用水培的方法,研究了正常光(200μmol·m~（-2 ）s~（-1）)和弱光(100μmol·m~（-2 ）s~（-1）)下營養(yǎng)液中不同銨硝配比(0:100、10:90、15:85和25:75;總N濃度為5 mM)對小型大白菜幼苗生長和生理生化特性的影響,并從相關(guān)基因相對表達(dá)量和差異蛋白組學(xué)方面深入探究其調(diào)控機(jī)理。主要得出以下結(jié)果:(1)處理14 d后,正常光下,銨硝配比15:85處理植株長勢最佳,較全硝態(tài)氮處理葉面積、長幅、鮮重和干重分別顯著提高了33.8%、30.5%、77.9%和72.9%,植株根系發(fā)達(dá)。弱光抑制了小型大白菜幼苗的生長,植株葉面積、長幅、干鮮重和根系均弱于正常光下生長的植株。然而,銨硝配比10:90處理較全硝態(tài)氮處理相比,植株葉面積、長幅、鮮重和干重分別顯著提高了20.4%、14.9%、55.9%和36.5%,根系形態(tài)參數(shù)也顯著高于其他各處理。評估生物量和銨硝配比之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn),正常光(200μmol·m~（-2 ）s~（-1）)下獲得最大生物量所需施入銨硝配比范圍為0.206-0.226;弱光(100μmol·m~（-2 ）s~（-1）)下獲得最大生物量所需施入銨硝配比范圍為0.14-0.181。(2)正常光下,銨硝配比15:85較全硝處理相比,植株具有完整的葉綠體結(jié)構(gòu)和較高的基粒片層垛疊程度,較大的氣孔開張比和開張度、較高的葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fv/Fm、ΦPSII、qP、Pm、α和Ik)、較高的光合酶(Rubisco、GAPDH、FBPase、FBA和TK)活性和編碼這些酶的基因(rbcL、rbcS、FBPase、FBA和TK)相對表達(dá)水平,最大的凈光合速率(Pn)和光合產(chǎn)物(可溶性糖和淀粉)。弱光下,單一的硝態(tài)氮處理或者高濃度的銨態(tài)氮處理葉綠體細(xì)胞出現(xiàn)皺縮變形、細(xì)胞分離等現(xiàn)象,基粒片層解體,垛疊程度降低,出現(xiàn)較多的嗜餓顆粒。然而,銨硝配比10:90能夠維持細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和較高的基粒垛疊程度,有效地緩解弱光對葉綠體結(jié)構(gòu)造成的破壞。弱光降低植株葉片的氣孔密度、氣孔開張比和開張度,但銨硝配比10:90能夠顯著提高葉片的氣孔開張比和開張度。弱光下,銨硝配比10:90和15:85處理的植株葉片較正常光下葉綠素含量增加,葉綠素a/b降低,更利于吸收弱光。而且,銨硝配比10:90和15:85能不同程度地消減弱光對Fv/Fm、ΦPSII、qP、Pm、α和Ik的抑制作用。弱光降低植株的凈光合速率,但銨硝配比10:90處理能夠通過提高光合酶活性和編碼光合酶基因的相對表達(dá)量,來消減弱光對光合的抑制效應(yīng),增加葉片中光合產(chǎn)物的積累。(3)弱光下小型大白菜幼苗葉片mda、O_2、H_2O_2含量明顯升高,植株遭受膜脂過氧化程度較高。然而,銨硝配比10:90處理較單一硝態(tài)氮和較高濃度的銨態(tài)氮,能夠顯著提高葉片的可溶性糖和可溶性蛋白含量及sod、pod、cat和apx酶活性,降低葉片中mda和活性氧自由基的含量,有效地抑制了細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化,更有利于小型大白菜幼苗的生長。(4)正常光下,銨硝配比15:85處理的植株具有較高的氮、磷、鉀和全碳含量,且nr和gs活性也達(dá)到最大值。nr基因相對表達(dá)水平在銨硝配比25:75處達(dá)到最大值,gs基因相對表達(dá)水平在銨硝配比15:85處達(dá)到最大值。不同銨硝配比對碳氮比無明顯影響,弱光不同程度地降低了全碳、碳氮比、nr、gs活性以及nr和gs基因相對表達(dá)量,但是銨硝配比10:90處理的植株氮磷鉀和全碳含量最高,而且能夠消減弱光對葉片碳氮比的抑制作用,提高植株葉片nr和gs的活性。nr基因在銨硝配比10:90處理下表達(dá)上調(diào),然而植株葉片gs基因在銨硝配比15:85和25:75處理下表達(dá)上調(diào)。此外,對植株葉片中no含量和根系根尖no定位研究發(fā)現(xiàn),弱光降低植株葉片中no含量,減弱根尖中no熒光強(qiáng)度,適宜的銨硝配比能夠增加葉片no含量和根尖no熒光強(qiáng)度。(5)對正常光下全硝和最佳銨硝配比15:85,弱光下全硝和最佳銨硝配比10:90處理的小型大白菜幼苗葉片進(jìn)行了差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析,鑒定出36個(gè)差異蛋白,按功能分為光合作用(19.44%)、碳代謝與能量代謝(13.89%)、轉(zhuǎn)錄和翻譯(19.44%)、氨基酸代謝(2.78%)、蛋白折疊、修飾和降解(16.67%)、脅迫和防御響應(yīng)(11.11%)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(5.56%)、細(xì)胞生長/分裂(2.78%)、代謝(2.78%)和未知蛋白(5.56%)等10類。這些差異蛋白主要定位于葉綠體(63.9%)、細(xì)胞質(zhì)(13.9%)、液泡(8.3%)和細(xì)胞核(8.3%)中。與光合相關(guān)蛋白中,只有1個(gè)蛋白表達(dá)量在弱光全硝處理下下調(diào),其余6個(gè)蛋白表達(dá)均上調(diào),且相同光照下加銨處理的上調(diào)幅度要大于全硝處理。說明弱光下適宜的銨硝配比能增強(qiáng)植株葉片中與光合相關(guān)的蛋白表達(dá)量,進(jìn)而提高植株光合作用。5個(gè)與碳代謝和能量代謝相關(guān)蛋白表達(dá)均上調(diào),它們主要參與淀粉合成、atp水解和糖酵解過程,表明弱光下適宜的銨硝配比能夠增強(qiáng)植株的碳代謝和能量代謝,推斷其主要通過atp水解和糖酵解的過程產(chǎn)生能量來緩解脅迫所造成的能量短缺。4個(gè)脅迫和防御相關(guān)的蛋白中,有3個(gè)表達(dá)上調(diào),1個(gè)表達(dá)下調(diào),說明弱光下適宜的銨硝配比能夠增強(qiáng)植株葉片的抗氧化能力。1個(gè)參與氨基酸代謝的蛋白表達(dá)上調(diào),說明弱光下適宜的銨硝配比能夠增強(qiáng)植株的氨基酸代謝。參與轉(zhuǎn)錄與翻譯和蛋白質(zhì)折疊、修飾和降解過程中的13個(gè)蛋白中,有6個(gè)在弱光全硝處理后表達(dá)下調(diào),有7個(gè)表達(dá)均上調(diào),且加銨處理下的上調(diào)幅度大于全硝處理,表明弱光脅迫后葉片的蛋白質(zhì)合成、折疊、修飾與降解等過程受阻,但是適宜的銨硝配比能夠通過增強(qiáng)相關(guān)蛋白的表達(dá)來緩解這種抑制效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S634.1
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本文編號：1302663