黃瓜自毒物質對細胞生長的影響及緩解機制.pdf

1、設施栽培業(yè)已成為我國現(xiàn)代農業(yè)中的重要組成部分，但是由于設施栽培復種指數(shù)高、作物種類單一等特點，隨著栽培年限的增加，連作障礙的發(fā)生十分普遍，嚴重影響了農作物的產量和品質，成為設施栽培生產中亟待解決的瓶頸問題之一，自毒現(xiàn)象是連作障礙的主要成因之一，在蔬菜作物，特別是瓜類作物中普遍存在。因此，探究自毒現(xiàn)象的產生機理并尋求有效的緩解機制對連作障礙的研究有著非常重要的理論和實踐意義。 本文以黃瓜(CucumissativusL.)為試材，

2、研究了自毒物質對黃瓜種子萌發(fā)后胚根生長過程中細胞分裂、核內復制、細胞伸長、細胞氧化還原狀態(tài)及貯藏物質代謝的影響，并在此基礎上，研究了蔗糖和抗壞血酸對黃瓜自毒現(xiàn)象的緩解效應。所取得的主要研究結果如下： 1.黃瓜根系浸提液和根系分泌物均能顯著抑制黃瓜胚根生長。細胞周期相關基因表達的分析結果表明，根系浸提液顯著抑制了CDKB、CycA、CycB、CycD3；2基因的表達，但對CDKA和CycD3；1基因的表達沒有產生顯著影響；根系分泌

3、物對上述6個細胞周期相關基因的表達都產生了顯著的抑制效果。同時，根系浸提液和根系分泌物均造成黃瓜細胞核DNA相對含量發(fā)生改變，其中2C比對照顯著降低，8C顯著增加，造成平均倍性(MCV)增加。因此，根系浸提液和根系分泌物對黃瓜胚根生長所產生的抑制作用可能與細胞周期相關基因表達的下調有關，而核內復制現(xiàn)象的加劇可能是植物對逆境響應的一種保護機制。 2.苯基羧酸類化合物(苯甲酸和肉桂酸類衍生物)不同程度地抑制了黃瓜胚根的生長，其中，肉

4、桂酸的抑制效果最為顯著，其抑制效果隨著濃度的增加而提高。苯基羧酸類化合物處理后6小時即引起細胞周期相關基因表達量下降，其中有絲分裂的標志性基因CycB的變化最為顯著。從細胞周期相關基因的表達對肉桂酸處理響應的時間變化可以看出，主要作用于G2/M期的基因(CDKB，CycA和CycB)在肉桂酸處理后48小時內表達量都處于較低的水平，而CDKA，CycD3；1和CycD3；2基因的表達量僅在處理都較早的時間段(3-12小時)受到顯著抑制，隨

5、后逐漸接近對照水平。同時，苯基羧酸類化合物也引起了核內復制過程的加劇，并且黃瓜根尖細胞的平均倍性在肉桂酸處理后6小時即顯著高于對照。因此，黃瓜根系生長受抑主要是由于細胞周期相關基因，特別是負責調控有絲分裂的基因，在轉錄水平上的表達受到自毒物質的嚴重抑制所造成的。另外，自毒物質造成的有絲分裂受阻可能也是導致核內復制水平提高的主要原因之一。 3.黃瓜種子萌發(fā)及萌發(fā)后的生長過程中，種子內貯藏的油脂逐步轉化為蔗糖供種子萌發(fā)后至光合自養(yǎng)前

6、的生長所需。受自毒物質肉桂酸影響，在黃瓜胚根生長受抑的同時，可溶性糖、蔗糖、已糖含量也顯著降低，由此導致總呼吸速率顯著降低；在肉桂酸處理的同時添加蔗糖后，可溶性糖含量與呼吸速率與對照無顯著差異。肉桂酸造成的糖含量降低是由于油脂運輸分解過程中關鍵基因表達量顯著下降造成的，而添加蔗糖后這些基因表達量提高至對照水平?？梢姡庠刺砑诱崽且环矫鎻浹a了肉桂酸導致的糖含量虧缺，另一方面有可能作為信號分子調控植物的生長代謝過程。 4.肉桂酸顯著

7、抑制了expansin基因的表達，說明肉桂酸不僅阻礙了細胞分裂的進行，也抑制了細胞伸長生長過程。同時，肉桂酸處理后，AsA/DHA和GSH/GSSG比值顯著降低，即細胞氧化還原狀態(tài)受到了嚴重影響。外源添加蔗糖能緩解多種苯基羧酸類化合物對黃瓜胚根長度造成的抑制現(xiàn)象，這可能與細胞周期相關基因和expansin基因的表達量提高有關。此外，蔗糖也可能通過調節(jié)AsA-GSH循環(huán)相關基因的表達和AsA-GSH氧化還原狀態(tài)對細胞生長產生積極的作用，保

8、護細胞免遭自毒物質毒害。 5.0.5mM抗壞血酸對肉桂酸的毒性有很好的緩解效果，同時還能有效緩解多種苯基羧酸類化合物對黃瓜胚根長度造成的抑制現(xiàn)象。在肉桂酸處理的同時添加抗壞血酸后能夠提高細胞周期相關基因和抗氧化基因的表達量，還能顯著提高expansin基因和AO基因的表達量，抑制POD基因的表達。說明外源添加抗壞血酸一方面能促進細胞周期的進行、抵御細胞氧化脅迫，另一方面能促進細胞壁松弛、延伸，延緩細胞壁硬化，提高植物細胞對自毒物