【摘要】：氮(N)素是植物合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等含N有機(jī)物所需的大量元素,在植物的生命活動(dòng)中發(fā)揮著極其重要的作用。冬春季節(jié),設(shè)施內(nèi)的亞低溫甚至低溫逆境致使作物生長(zhǎng)發(fā)育遲緩。由于氮肥增產(chǎn)效果顯著,且成本低,導(dǎo)致氮肥超量使用,引起蔬菜品質(zhì)下降、資源浪費(fèi)、土壤退化和環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)增加等問(wèn)題。因此減輕亞低溫逆境對(duì)農(nóng)作物的不利影響和減少氮肥使用量,對(duì)實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)具有重要意義。本文以黃瓜(Cucumis sativus L.)為材料,研究了黃瓜幼苗生長(zhǎng)對(duì)根區(qū)亞低溫的響應(yīng),并利用生理學(xué)、分子生物學(xué)和藥理學(xué)等技術(shù)手段,研究了赤霉素(GA)對(duì)根區(qū)亞低溫下黃瓜N吸收和代謝的影響機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:1.研究了根區(qū)亞低溫對(duì)黃瓜生長(zhǎng)和GA代謝的影響。結(jié)果表明,短期根區(qū)亞低溫脅迫降低了黃瓜地上部和地下部的生物量,外源GA3可解除根區(qū)亞低溫對(duì)黃瓜的不利影響。根區(qū)亞低溫處理降低了內(nèi)源GA4的含量。其原因是根區(qū)亞低溫在基因表達(dá)水平上影響了GA代謝關(guān)鍵酶的活性。GA20氧化酶(GA20ox)和GA3氧化酶(GA3ox)基因的表達(dá)水平在根區(qū)亞低溫下表達(dá)下調(diào),而GA2氧化酶(GA2ox)基因的表達(dá)水平上調(diào)。說(shuō)明根區(qū)亞低溫通過(guò)(至少部分通過(guò))調(diào)控GA代謝過(guò)程,減少活性GA的含量來(lái)抑制黃瓜生長(zhǎng)。2.研究了GA3對(duì)根區(qū)亞低溫下黃瓜根系吸收面積、N吸收速率和N積累量的影響。結(jié)果表明,根區(qū)亞低溫顯著減小了黃瓜幼苗的根系面積、15NO3-吸收速率和全株N積累量。GA3緩解了根區(qū)亞低溫對(duì)根表面積、15NO3-吸收速率的抑制,使N積累量恢復(fù)到根區(qū)適溫處理的水平。3.研究了根區(qū)亞低溫下黃瓜幼苗N代謝酶活性、N代謝物含量的動(dòng)態(tài)變化與GA3誘導(dǎo)的NRT基因表達(dá)和15NO3-吸收速率之間的關(guān)系。結(jié)果表明,GA3處理后根區(qū)亞低溫下黃瓜的15NO3-吸收速率逐漸增大,CsNRT1基因的表達(dá)水平也逐步增多和升高。與此同時(shí),NR、GS和GOGAT等N代謝酶活性及相應(yīng)編碼基因的表達(dá)也逐漸提高,而組織NO3--N含量和總游離氨基酸含量在短時(shí)間(4 h)內(nèi)顯著下降,隨后又逐漸升高。利用N代謝關(guān)鍵酶的抑制劑鎢酸鈉、L-蛋氨酸砜亞胺、氮雜絲氨酸和氨氧乙酸分別提高內(nèi)源NO3-、NH4+、Glu和Gln后,GA3對(duì)黃瓜根NO3-吸收的促進(jìn)作用受到明顯抑制。表明GA通過(guò)刺激生長(zhǎng),增強(qiáng)N需求,降低組織N營(yíng)養(yǎng)水平,解除反饋抑制的間接方式調(diào)控根區(qū)亞低溫下黃瓜的NO3-吸收。4.研究了外源GA3對(duì)根區(qū)亞低溫下黃瓜葉片N代謝過(guò)程能量和碳(C)骨架流向的影響。結(jié)果表明:與根區(qū)適溫處理相比,根區(qū)亞低溫使黃瓜幼苗生長(zhǎng)受抑,葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的光化學(xué)活性、光合放氧速率、CO2同化速率(Pn)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性等降低,單株C與N積累量的比值(C/N)升高了2.85%,向N代謝分配的能量減少了29.8%。根施GA處理緩解了根區(qū)亞低溫對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的抑制,使葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的光化學(xué)活性、光合放氧速率、Pn、PEPCase和SPS活性等都有不同程度地提高,C/N值和N代謝分配的能量恢復(fù)至與根區(qū)適溫處理相當(dāng)?shù)乃健Ｕf(shuō)明根施GA3可以通過(guò)增強(qiáng)光能捕獲和CO2同化能力,調(diào)節(jié)N、C代謝平衡,增加向N代謝方向的能量和C骨架供應(yīng),促進(jìn)根區(qū)亞低溫下黃瓜對(duì)N的吸收與代謝。
【圖文】：

和天冬酰胺（Asn）可抑制 AtNRT2.1 的表達(dá)，但谷氨酰胺（Gln）對(duì)其沒(méi)有明顯影響（Zhuo 等，1999）。在大麥中，Gln 則對(duì) NRT2 的表達(dá)和 HATS 活性具有抑制作用（Vidmar 等，2000）。環(huán)境因子也可影響植物的 NO3--N 吸收。在擬南芥根系中，AtNRT 1.1 和 AtNRT2.1 在照光下（日間）的表達(dá)量高而黑暗下（夜間）的表達(dá)量低，表現(xiàn)出明顯的晝夜變化規(guī)律；但通過(guò)外源蔗糖處理，可使夜間的表達(dá)水平與日間的表達(dá)水平相當(dāng)（Lejay 等，1999）。這說(shuō)明，NRT 基因表達(dá)的晝夜變化是由于日間和夜間光合產(chǎn)物供應(yīng)不同所致（Lejay 等，1999）。另外，AtNAR2.1 的表達(dá)也受到光照和蔗糖處理的刺激（Krouk 等，2006）。溫度也可影響根系 NO3--N 吸收。研究表明，角豆樹(shù)（Ceratonia siliqua L.）幼苗根系 NO3-吸收速率隨著根區(qū)溫度（20 ℃、 30 ℃ 和 40 ℃）的升高增加 （Cruz 等，1995）。 土壤溫度對(duì)植物根系 NO3--N 吸收的影響可能與其對(duì)根系的呼吸等生理過(guò)程的改變有關(guān)（Atkin 等，2000）。植物激素不僅調(diào)控植物的生長(zhǎng)發(fā)育，而且對(duì)植物的 NO3--N 吸收也有調(diào)控作用（Gabriel 等，2011；Kiba 等，2011）。生長(zhǎng)素可上調(diào) AtNRT1.1 的表達(dá)（Guo 和 Crawford，2002），而抑制 AtNRT2.1的表達(dá)（Yinbo 等，2005）。脫落酸（ABA）也對(duì) NRT 基因的表達(dá)有一定的影響（Kiba 等，2011）。有關(guān)細(xì)胞分裂素（CK）對(duì)植物 NRT 基因表達(dá)和 NO3--N 吸收的調(diào)控的研究最為深入。Kiba 等（2011）的試驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)論在高 N 還是低 N 條件下，外源 CK 均可抑制擬南芥根系中 AtNRT 基因的表達(dá)。圖 1.1 顯示了 CK 調(diào)控植物 NO3--N 吸收的機(jī)制：CK 作為表征植物組織氮素營(yíng)養(yǎng)水平的信號(hào)，通過(guò)反饋抑制機(jī)制調(diào)控 NRT 基因的表達(dá)和 NO3--N 的吸收（Kiba 等，2011；Ruff

圖 1.2 黃瓜 GAox 催化的赤霉素轉(zhuǎn)化反應(yīng)（Lange 等，2013）Fig. 1.2 Reactions catalysed by recombinant GA-oxidases in cucumber 赤霉素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)模型年來(lái)，利用遺傳學(xué)方法和生化方法深入研究了 GA 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑（Jiang 和 Fu，200999）。在現(xiàn)已明確的 GA 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，，DELLA 蛋白是關(guān)鍵元件。DELLA 蛋白端含有保守的 DELLA 結(jié)構(gòu)域的轉(zhuǎn)錄因子。在沒(méi)有 GA 存在的情況下，DELLA 蛋白長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，阻遏植物的生長(zhǎng)發(fā)育（Jiang 和 Fu，2007；Peng 等，stone 等，2001）。如圖 1.3 所示，在有 GA 存在是，GA 受體 GID1 與赤霉素分子結(jié)ID1 復(fù)合體，在 GA 分子的誘導(dǎo)下，GID1 發(fā)生構(gòu)象變化，在 N 端形成疏水表面，增A 蛋白的結(jié)合能力；接下來(lái) GA-GID1 復(fù)合體與 DELLA 蛋白結(jié)合，形成 GA-GID1-；三聚體的形成又進(jìn)一步促進(jìn)了 DELLA 蛋白同 SCFSLY1/GID2（E3 泛素連接酶復(fù)，后者使得 DELLA 蛋白發(fā)生泛素化，進(jìn)而被 26S 蛋白酶降解，最終解除 DELLA 導(dǎo)基因表達(dá)的抑制，完成 GA 信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)（Jiang 和 Fu，2007）。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S642.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 喬永旭;張永平;高麗紅;;黃瓜和黑籽南瓜對(duì)肉桂酸及亞低溫交叉脅迫的應(yīng)答差異[J];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

2 ;[J];;年期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 周靜怡;沈佳;李夢(mèng)菡;柏小寅;夏強(qiáng);;亞低溫、甘露醇兩大常規(guī)治療聯(lián)合使用在缺血腦保護(hù)中的機(jī)制研究[A];浙江省生理科學(xué)會(huì)2008年學(xué)術(shù)年會(huì)論文匯編[C];2008年

2 綦斌;葛鵬飛;羅毅男;;腦室內(nèi)亞低溫對(duì)缺血性腦損傷保護(hù)作用的實(shí)驗(yàn)研究[A];2011中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)外科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2011年

3 龔平;李春盛;;亞低溫的腦保護(hù)作用與其降低線粒體通透性相關(guān)[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)急診醫(yī)學(xué)分會(huì)第十六次全國(guó)急診醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

4 龔平;花嶸;張_g;趙紅;唐子人;梅雪;張明月;崔娟;李春盛;;亞低溫的腦保護(hù)作用與其降低線粒體通透性有關(guān)[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)急診醫(yī)學(xué)分會(huì)第十六次全國(guó)急診醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

5 劉愛(ài)軍;薛菁暉;張志文;李安民;;亞低溫對(duì)大鼠體內(nèi)冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白mRNA表達(dá)的影響[A];2011中華醫(yī)學(xué)會(huì)神經(jīng)外科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2011年

6 劉愛(ài)軍;薛菁暉;張志文;李安民;;亞低溫下冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白(CIRP) mRNA在大鼠腦內(nèi)的表達(dá)[A];中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)外科醫(yī)師分會(huì)第二屆全國(guó)代表大會(huì)論文匯編[C];2007年

7 劉愛(ài)軍;薛菁暉;張志文;李安民;;亞低溫對(duì)大鼠體內(nèi)冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白mRNA表達(dá)的影響[A];中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)外科醫(yī)師分會(huì)第六屆全國(guó)代表大會(huì)論文匯編[C];2011年

8 李耀彩;張其梅;張永萍;張嵐;秦覓;龔勛;;亞低溫對(duì)鼠腦缺血后ICAM-1和TNF-α表達(dá)的影響[A];第九次全國(guó)神經(jīng)病學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)論文匯編[C];2006年

9 劉愛(ài)軍;薛菁暉;張志文;李安民;邰軍利;耿峰;;亞低溫對(duì)大鼠體內(nèi)冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白mRNA表達(dá)的影響[A];中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)外科醫(yī)師分會(huì)第四屆全國(guó)代表大會(huì)論文匯編[C];2009年

10 唐穎馨;李承晏;;亞低溫對(duì)大鼠腦出血后凝血酶所致腦水腫及神經(jīng)細(xì)胞凋亡的影響[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)第七次全國(guó)神經(jīng)病學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 ;人工亞低溫術(shù)[N];農(nóng)村醫(yī)藥報(bào)（漢）;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 白龍強(qiáng);赤霉素調(diào)控根區(qū)亞低溫下黃瓜幼苗氮吸收和代謝的分子生理機(jī)制[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 黃紅榮;亞低溫下黃瓜育苗營(yíng)養(yǎng)液配方的研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

2 張趣;亞低溫對(duì)大鼠全身炎癥反應(yīng)綜合征影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)醫(yī)科大學(xué);2002年

3 李俊;亞低溫及鉀肥對(duì)溫室番茄生理生態(tài)特性與營(yíng)養(yǎng)吸收的影響[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

4 楊家斐;亞低溫預(yù)處理大鼠局灶性腦缺血的實(shí)驗(yàn)研究[D];軍醫(yī)進(jìn)修學(xué)院;2001年

5 Mouammar Alfandi;亞低溫對(duì)溫室甜椒生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[D];揚(yáng)州大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2550120