嫁接與褪黑素在西瓜苗耐釩和低氮脅迫中的作用機(jī)制研究.pdf

1、西瓜是重要園藝作物之一，其生長(zhǎng)發(fā)育易受環(huán)境因素的影響。研究表明氮虧缺和重金屬釩的存在均會(huì)對(duì)西瓜生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制。嫁接作為一種重要的農(nóng)藝措施能有效提高植物生物和非生物脅迫抗性。褪黑素作為一種抗氧化劑和信號(hào)分子也被證實(shí)能增強(qiáng)植物的抗逆性。結(jié)合以上背景，本試驗(yàn)研究了嫁接和褪黑素對(duì)提高西瓜氮素利用效率和釩脅迫耐受性的作用機(jī)制，主要研究結(jié)果如下:
　　1.研究了南瓜砧木嫁接對(duì)西瓜氮素利用效率的影響。以西瓜品種“早佳8424”[Citrullus

2、 lanatus(Thunb.)Matsum.and Nakai.]為接穗，南瓜砧木“青研一號(hào)”（Cucurbita maxima×C.moschata）為砧木進(jìn)行嫁接，利用西瓜自嫁苗為對(duì)照，研究了不同嫁接組合在水培條件下兩種氮濃度(9mM和0.2mM)下的氮素利用效率的差異。結(jié)果表明，在低氮（0.2mM）處理下，嫁接苗提高了西瓜接穗的氮素利用效率，促進(jìn)了西瓜對(duì)N、P、K、Ca、Mg、B、Mn等元素的吸收。相對(duì)自嫁苗，嫁接苗的硝酸還原酶

3、基因（Cla002787，Cla002791和Cla023145）和亞硝酸還原酶基因（Cla013062）的相對(duì)表達(dá)量均顯著增加，有效提高了氮素同化速率。此外，嫁接苗相對(duì)葉綠素含量（SPAD）、葉片玉米素核苷(ZR)和異戊烯基腺苷(iPA)含量均顯著高于自嫁苗。
　　2.利用轉(zhuǎn)錄組分析了低氮處理下西瓜葉片和根系的全基因組表達(dá)情況。西瓜植株分別在0.2mM、4.5mM、9mM氮素水平下生長(zhǎng)14天，之后對(duì)其進(jìn)行生長(zhǎng)參數(shù)和轉(zhuǎn)錄組分析。結(jié)

4、果表明，低氮處理的干重和光合能力比高氮分別降低了29％和74％。低氮條件下，最大光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)由高氮的0.78降低到0.71，葉、莖、根中的氮含量分別降低了41％、51％和27％。轉(zhuǎn)錄組分析表明，與高氮(9mM)處理相比，低氮處理誘導(dǎo)葉片中9598個(gè)基因差異表達(dá)，其中4533個(gè)基因(47.22％)表達(dá)上調(diào)，5065個(gè)基因(52.78％)下調(diào);誘導(dǎo)根中3956個(gè)基因差異表達(dá)，其中1605個(gè)基因(40.57％)表達(dá)上調(diào)，235

5、1個(gè)基因(59.43％)下調(diào)。低親和銨轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和高親和硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、氮同化、葉綠素合成、光合作用相關(guān)基因受氮水平調(diào)控，根系和葉片中硝酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因（Cla010066，Cla009721，Cla012765）受低氮誘導(dǎo)。此外，鉀轉(zhuǎn)運(yùn)體基因(Cla014680)僅在葉中受低濃度硝酸鹽誘導(dǎo)。同時(shí)存在大量轉(zhuǎn)錄因子（1365個(gè)）參與了對(duì)低氮的響應(yīng)。主要的轉(zhuǎn)錄因子家族包括AP2-EREBP、MYB、bHLH，C2H2和NAC。
　　3.

6、研究了不同濃度褪黑素對(duì)西瓜根系發(fā)育和氮素吸收的影響。在9mM和0.2mM的氮處理下，比較不同濃度褪黑素（0μM，0.1μM，1μM，2.5μM，5μM和10μM）對(duì)西瓜幼苗根系生長(zhǎng)、根系形態(tài)及氮素吸收的影響。結(jié)果表明，褪黑素預(yù)處理顯著降低了主根長(zhǎng)度，但總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、平均根直徑、根叉數(shù)均相對(duì)未處理前增加。在9mM氮素生長(zhǎng)條件，5μM以下的褪黑素預(yù)處理對(duì)氮吸收沒(méi)有顯著影響，而10μM褪黑素可以一定程度的減少氮含量。值得注意的是，

7、在0.2mM氮濃度下，褪黑素預(yù)處理顯著提高了西瓜葉片和根系中氮含量。
　　4.研究了西瓜幼苗對(duì)釩脅迫的響應(yīng)，以及褪黑素提高西瓜釩脅迫耐受性的潛力。結(jié)果表明，褪黑素預(yù)處理降低了葉片和莖中釩含量，主要通過(guò)減少釩從根到莖的轉(zhuǎn)運(yùn)。褪黑素預(yù)處理增強(qiáng)了超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性，降低了過(guò)氧化氫(H2O2)和丙二醛(MDA)含量，該過(guò)程主要是通過(guò)上調(diào)褪黑素的生物合成及抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)。結(jié)合上述兩點(diǎn)，褪黑素處理材料葉

8、片和莖中降低的釩濃度與增強(qiáng)的抗氧化能力提高了其在釩脅迫下的相對(duì)葉綠素含量(SPAD指數(shù))和光合速率等指標(biāo)。
　　5.研究了葫蘆和南瓜砧木嫁接提高西瓜接穗對(duì)釩脅迫耐受性的生理機(jī)制。采用葫蘆嫁接苗和南瓜嫁接苗為材料，以西瓜自嫁苗作為對(duì)照，研究了上述幾種嫁接組合在水培條件下對(duì)50mg L-1釩處理的響應(yīng)。結(jié)果表明，釩處理顯著抑制了各嫁接組合的生長(zhǎng)，而采用葫蘆和南瓜砧木嫁接能有效緩解釩脅迫對(duì)植物的傷害。該過(guò)程主要通過(guò)降低葉片釩濃度，提高葉