鈣對低氧脅迫下黃瓜幼苗碳、氮代謝影響的研究.pdf

1、無土栽培中水培營養(yǎng)液供氧不足或基質(zhì)培根墊的形成均會造成低氧逆境，影響植株正常生長發(fā)育，成為困擾無土栽培技術大規(guī)模應用于生產(chǎn)的限制性因子，提高植株在低氧脅迫下的耐性和抗性對無土栽培技術的推廣具有意義重大。Ca<'2+>作為植物生長所必需的大量元素和偶聯(lián)胞外信號與胞內(nèi)生理反應的第二信使，在逆境脅迫下細胞內(nèi)含量顯著提高，能夠?qū)⑼饨绛h(huán)境脅迫信號轉(zhuǎn)導到細胞內(nèi)，與胞內(nèi)CaM形成Ca<'2+>·CaM復合物，通過調(diào)節(jié)基因表達誘導一些生理和生化代謝途徑

2、的改變，緩解逆境脅迫對植物的傷害。植物在長期進化過程中具有了一系列適應低氧逆境的生理代謝過程，但低氧脅迫下，外源鈣、鈣抑制劑和鈣調(diào)素拮抗劑處理對低氧脅迫下黃瓜植株低氧耐性的影響未見系統(tǒng)研究。 本文以耐低氧能力具有顯著差異的兩個黃瓜(Cucumis sativus L.)品種(耐低氧能力較強的‘綠霸春4號’和耐低氧能力較弱的‘中農(nóng)8號’)為試材，采用營養(yǎng)液水培法，運用溶氧濃度調(diào)節(jié)儀精確控制營養(yǎng)液溶氧濃度，結(jié)合營養(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預處理，研究了Ca<'2+>、CaM對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系，探討Ca<'2+>和CaM在黃瓜植株適應低氧脅迫過程中的生理調(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)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性顯著提高，乳酸、乙醛和乙醇含量增加。與‘中農(nóng)8號’相比，‘綠霸春4號’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，對提高黃瓜低氧耐性起著重要的作用。

5、 外源Ca<'2+>對低氧脅迫下黃瓜幼苗的傷害有顯著的緩解效應，可改善根系的生長狀況，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，同時使植株保持較高的IDH和SDH活性，進行一定的有氧呼吸代謝；而營養(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IDH和SDH活性顯著降低，加重了低氧脅迫對黃瓜幼苗的傷害。表明外源ca<'

6、2+>可通過調(diào)節(jié)黃瓜幼苗根系內(nèi)呼吸代謝來 緩解低氧脅迫對植株的傷害。 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，進而促進黃瓜幼苗形成新的碳水化合物代謝，來適應低氧逆境；而營養(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，對提高幼苗對低氧脅迫的適應性起著重要作用。 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、細胞壁離子鍵結(jié)合蛋白、細胞壁共價結(jié)合蛋白含量和硝酸還原酶(NR)活性；而營養(yǎng)液缺鈣處理降低了黃瓜植株體內(nèi)氮素保護性物質(zhì)含量，加重了低氧脅迫對黃瓜植株的傷害。葉面噴施5 mmol／LLa<'3+>、EGTA處理，植林地上部和地下部的生長受到嚴重抑制，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、細胞壁離子鍵結(jié)合蛋白和細胞壁共價結(jié)合蛋白含量，而且EGTA處理對幼苗生長的抑制效果比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能夠通過抑制蛋白質(zhì)代謝，加重低氧脅迫對黃瓜幼苗的傷害，暗示Ca<'2+>只有從細胞外進入細胞才能發(fā)揮增強幼苗低氧耐性的作用。這些結(jié)果表明外源Ca<'2>可通過調(diào)節(jié)黃瓜幼苗氮代謝來緩解低氧脅迫對植株的傷害。 looμol·L<'-1