5--ALA通过调控Na+运输提高草莓耐盐性机制的探究

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高盐是限制农作物生产的主要非生物因素之一。全球变暖和荒漠化都会加速土壤盐渍化。盐胁迫影响几乎所有农作物的生理功能,包括生长、发育、光合作用、呼吸作用、氮同化等。草莓是浅根系植物,不耐盐碱。草莓目前以设施栽培为主,生产环境的相对封闭以及不合理的施肥常常导致土壤次生盐渍化,从而影响草莓生长。5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)是所有四吡咯环类物质(包括叶绿素、光敏色素、血红素等)生物合成的关键前体,是一种具有多种生理功能的植物生长调节物质。诸多研究表明5-ALA几乎能够提高植物抵抗所有非生物逆境胁迫能力,包括盐渍胁迫。但是,5-ALA施加的适宜浓度、何时施加5-ALA才能发挥其最佳生理效应迄今却并未达成共识,而且5-ALA提高植物耐盐性的机理尚未完全阐明。为此,本文以‘红颜’草莓苗为材料,系统研究了5-ALA缓解草莓盐胁迫伤害的适宜浓度以及5-ALA施加的时间效应,以期为这种新型植物生长调节物质的科学施用提供理论依据。然后,进一步探讨了5-ALA提高草莓耐盐性的机制。其主要研究结果如下:  1.不同浓度外源5-ALA(5、10、20mg·L-1)预处理均可缓解盐胁迫对草莓苗的伤害作用,其中10mg·L-15-ALA缓解效果最佳,且预处理的效果优于同时处理,后者又优于盐后处理,喻示着5-ALA的预防效应高于治疗效应。分别于盐处理前5、10、15和20d用10mg·L-15-ALA溶液根灌草莓苗的试验进一步表明,提前20d预处理的效果最好,说明至少在20d以内提前预处理越早,越有利于缓解盐胁迫对草莓苗的伤害。研究表明,5-ALA缓解草莓盐胁迫伤害主要表现为:(1)缓解盐胁迫导致的草莓叶片叶绿素含量以及叶绿素b/a比值下降;(2)诱导盐胁迫下草莓叶片和根系抗氧化酶活性额外上升,降低盐胁迫导致的超氧阴离子生成速率;(3)通过水-水循环,减轻盐胁迫导致的PSI反应中心电荷压力,有利于PSII-PSI之间电子传递,提高光能吸收、捕获、传递效率,减少热耗散,提高光合性能指数;(4)缓解盐胁迫对草莓植株生长的抑制作用,提高植株地上部,特别是根系的生物学产量。  2.为了进一步探究外源5-ALA预处理缓解草莓盐胁迫的效应和机制,以‘红颜’草莓为材料,在100mM NaCl处理前20d用10mg·L-15-ALA溶液浇灌根际,观察其对盐胁迫伤害的缓解效应。结果表明5-ALA预处理主要通过提高盐胁迫下草莓叶片及根系的渗透调节活性,特别增强根系对Na+-K+选择性运输,从而将较多的Na+截留在根系中,减少草莓地上部Na+含量,维持K+、Na+平衡,缓解Na+对草莓地上部的伤害,从而提高植物对盐胁迫的抵抗能力。同时5-ALA预处理可以提高盐胁迫下草莓植株Ca、Mg、Fe、Cu、Zn等矿质元素含量。  3.为了进一步探究5-ALA预处理促进草莓根系截留Na+的机制,利用荧光染料CoroNa-Green对Na+进行标记,发现5-ALA明显提高了草莓根系的Na+荧光强度,且Na+主要积累在根系的成熟区。荧光定量PCR发现5-ALA提高了草莓根系Na+运输基因NHX1、SOS1和HKT1的表达量,证明5-ALA可以通过将Na+截留在根系中,且区隔化到液泡中,从而缓解Na+对地上部的毒害作用。随后研究了H2O2在5-ALA截留Na+中的作用。通过NADPH氧化酶抑制剂DPI(Diphenylene iodonium)处理,发现DPI可以降低5-ALA预处理草莓根系Na+运输相关基因的表达(NHX1、SOS1和HKT1),抑制5-ALA预处理草莓苗根系对Na+的截留作用,提高地上部Na+含量,从而抑制5-ALA对草莓盐胁迫的缓解效应。这些结果表明,5-ALA促进根系截留Na+与其可以诱导根系H2O2积累有关。
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