大蒜化感物質(zhì)二烯丙基二硫(DADS)對(duì)番茄的化感效應(yīng)和消減連作障礙機(jī)制.pdf

1、在我國(guó)，以個(gè)體農(nóng)戶為經(jīng)營(yíng)主體的設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中，連作障礙已成為設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的制約因素。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，套作大蒜可以消減番茄連作障礙，而大蒜根系分泌物的化感作用可能起主要作用。二烯丙基二硫(DADS)是大蒜根系分泌物和大蒜秸稈中的主要化感物質(zhì)，但其作用的生理和分子機(jī)制尚不清楚。研究DADS的化感促進(jìn)效應(yīng)及其消減番茄連作障礙的生理和分子機(jī)制，對(duì)設(shè)施番茄可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本試驗(yàn)以普通番茄品種東粉三號(hào)為材料，研究DADS對(duì)番茄種子

2、發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的生理生化效應(yīng)、對(duì)番茄根系基因表達(dá)水平的影響和對(duì)番茄敏感代謝途徑的調(diào)控效應(yīng)，篩選與化感物質(zhì)DADS響應(yīng)有關(guān)的主要基因并初步分析其作用，分析大蒜化感物質(zhì)DADS對(duì)連作番茄根系分泌物變化的影響，以期闡明DADS的化感促進(jìn)作用，為克服設(shè)施番茄連作障礙提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.通過發(fā)芽生物測(cè)試發(fā)現(xiàn)，DADS對(duì)番茄種子發(fā)芽和根系生長(zhǎng)具有雙重的劑量效應(yīng)。DADS在低濃度(0.01-0.62mM)時(shí)促進(jìn)番茄根系生長(zhǎng)

3、，但高濃度(6.20-20.67mM)抑制根的生長(zhǎng)。細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，低濃度DADS增加了根尖分生區(qū)細(xì)胞的長(zhǎng)度，提高了根尖分生區(qū)細(xì)胞的有絲分裂活性。相反，高濃度的DADS通過抑制根尖分生區(qū)細(xì)胞的長(zhǎng)度和有絲分裂而抑制根系生長(zhǎng)。分生區(qū)細(xì)胞的寬度不受DADS影響。此外DADS增加了番茄根系吲哚3乙酸(IAA)和玉米素核苷(ZR)的含量，對(duì)IAA含量的影響主要是通過上調(diào)IAA合成基因FZYs和IAA運(yùn)輸基因基因PINs的表達(dá)。擴(kuò)展蛋白基因EXPB

4、2和beta-expansin precursor在DADS處理3d后上調(diào)表達(dá)，EXP1、EXPB3和EXLB1在DADS處理5d后上調(diào)表達(dá)，與番茄根長(zhǎng)相對(duì)增長(zhǎng)率的趨勢(shì)一致，說明DADS可能通過調(diào)控番茄不同生長(zhǎng)階段EXPs基因的表達(dá)進(jìn)而影響根系生長(zhǎng)。
　　2.通過不同濃度DADS對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)效應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)較低濃度DADS(0.14和0.21mM)對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，增加了番茄植株鮮重、株高、根總長(zhǎng)，根體積和根表面積、根系

5、活力和葉綠素含量。通過一系列濃度梯度的DADS對(duì)籽苗根系及下胚軸防御酶活性的研究發(fā)現(xiàn)，DADS提高了番茄根系和下胚軸過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，增加根系超氧化物歧化酶(SOD)活性。DADS處理增加了番茄根系和下胚軸可溶性蛋白含量，低濃度的DADS對(duì)番茄根系和下胚軸丙二醛(MDA)含量沒有顯著影響。0.10-0.41mM的DADS顯著降低了呼吸爆發(fā)氧化酶D基因（RBOH

6、D）的表達(dá)，6.20mM的DADS顯著提高了RBOHD的表達(dá)，說明可通過調(diào)控番茄RBOHD基因調(diào)控番茄活性氧(ROS)的生成。此外，DADS對(duì)各防御酶基因家族的表達(dá)影響不同，說明它可能影響多個(gè)防御酶基因的表達(dá)調(diào)控防御酶的活性，增加番茄抗性，進(jìn)一步影響番茄對(duì)外界環(huán)境的響應(yīng)。
　　3.通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，分別在DADS處理4、24和48h的根系樣品中發(fā)現(xiàn)1828、1296和1190個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs)。DADS短時(shí)間處理4h使同化硫

7、還原和谷胱甘肽(GSH)代謝途徑中的許多DEGs上調(diào)表達(dá)，并增加了GSH合成的關(guān)鍵酶半胱氨酸合成酶活性;此外，DADS增加了番茄根系和葉片的防御酶活性，提高了6個(gè)POD基因的表達(dá)水平，說明DADS可以通過增加番茄非酶抗氧化物質(zhì)(如GSH)的含量，提高抗氧化酶，如谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)、POD、CAT、SOD、PPO和PAL的活性，增強(qiáng)番茄的抗性。植物與病原菌互作中的DEGs，如鈣調(diào)素/鈣調(diào)素類蛋白（CAM/CML），鈣依賴蛋白激酶(C

8、DPKs)受DADS影響主要下調(diào)表達(dá)，但很多病程相關(guān)蛋白基因（PRs）被DADS誘導(dǎo)表達(dá)，說明DADS主要激活了番茄的效應(yīng)子觸發(fā)免疫(ETI)抗病途徑。DADS處理顯著影響植物激素合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，但這兩種代謝通路中DEGs的表達(dá)趨勢(shì)卻相反，說明DADS可能通過調(diào)控植物激素的合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控植株生長(zhǎng)和對(duì)外界環(huán)境的響應(yīng)。
　　4.用連作番茄根際土壤浸提液模擬番茄連作條件，DADS處理試驗(yàn)表明，DADS主要通過提高番茄的根系活力和葉綠

9、素含量，增加了SOD，POD和PAL活性，促進(jìn)了GSH和氧化型谷胱甘肽(GSSG)的代謝，進(jìn)而促進(jìn)番茄植株生長(zhǎng)，提高抗性，緩解連作條件的脅迫。DADS處理一次后，番茄根系分泌物中的不飽和脂肪酸（棕櫚酸甲酯、棕櫚油酸甲酯、油酸甲酯）含量呈先降低(1-3d)后升高(15d)的趨勢(shì)。通過發(fā)芽生物測(cè)試發(fā)現(xiàn)，20mM棕櫚酸甲酯抑制番茄下胚軸的生長(zhǎng)，而20mM油酸甲酯抑制番茄根的生長(zhǎng)。DADS處理1d后番茄根系分泌物中的抗根結(jié)線蟲類物質(zhì)，如鄰苯二甲

10、酸二丁酯，2，2'-亞甲基雙（4-甲基-6-叔丁基）苯酚和2，4-二叔丁基苯酚的含量增加。因此，DADS可能通過調(diào)節(jié)番茄根系分泌物含量的變化以緩解番茄的自毒作用，增加番茄抗病性。
　　5.通過PCR方法擴(kuò)增出番茄SlDIR1同源基因的一段編碼區(qū)SlDIR1-like，經(jīng)過序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)其含有與其他物種DIR1蛋白相同的8個(gè)保守的半胱氨酸結(jié)構(gòu)。DIR1蛋白與系統(tǒng)獲得性抗性(SAR)信號(hào)的形成和胞間傳遞有關(guān)。SlDIR基因家族不同的DI