【摘要】：低溫和干旱是常見的環(huán)境脅迫因子,影響自然界中植物的分布、生長發(fā)育以及全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)并威脅食品安全。番茄(Solanum lycopersicum)是一種重要的園藝作物,世界范圍內番茄(果實)需求量大,但番茄的生長和發(fā)育極易受低溫和干旱影響,造成產(chǎn)量降低和品質下降。因此,研究提高番茄的抗寒性和抗旱性對于保障番茄的可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。研究證明,褪黑素在植物中具有重要的作用,參與調控生長、發(fā)育以及脅迫響應等過程的調控。目前,褪黑素調控番茄抗寒性和抗旱性機理研究尚不多見。本研究以番茄為試驗材料,通過測定低溫和水分脅迫下番茄葉片的光合能力、非光化學猝滅水平、抗氧化系統(tǒng)、冷響應基因表達、滲透調節(jié)物質積累、表皮蠟質積累以及葉片滲透勢等,研究褪黑素對番茄低溫脅迫和水分脅迫的緩解作用,并探討了其機理。主要研究結果如下:1.褪黑素緩解低溫對番茄植株的傷害。褪黑素預處理可以顯著提高低溫脅迫下番茄植株的光合能力,緩解由低溫引起的氧化脅迫,表現(xiàn)在褪黑素處理可以降低丙二醛含量和電解質滲透率;提高低溫脅迫下番茄抗氧化酶活性和非酶抗氧化物質的含量,增強了番茄的抗氧化能力;褪黑素促進番茄景天庚酮糖二磷酸酶基因的表達并維持低溫脅迫下景天庚酮糖二磷酸酶的活性,有助于改善低溫脅迫下番茄葉片的光合能力;褪黑素顯著誘導了低溫脅迫下番茄冷響應基因的表達,可溶性糖和脯氨酸的積累,對于提高番茄的抗寒性起著重要的作用。2.褪黑素緩解低溫脅迫下番茄的光抑制。褪黑素處理促進低溫脅迫下番茄葉片葉黃素循環(huán)中紫黃質脫環(huán)氧化酶基因的表達和紫黃質脫環(huán)氧化酶輔助因子抗壞血酸的含量,以此提高紫黃質脫環(huán)氧化酶的活性。紫黃質脫環(huán)氧化酶活性的提高引起葉黃素脫環(huán)氧化水平增加,由此提高了非光化學猝滅水平,緩解番茄低溫脅迫引起的光抑制。3.褪黑素緩解番茄水分脅迫。褪黑素顯著提高了干旱條件下番茄的光合能力和降低了干旱誘導的氧化傷害;提高了番茄的抗氧化能力;褪黑素促進了番茄葉片表皮蠟質合成基因的表達,增加了葉片表皮蠟質的含量,減少了葉片非氣孔水分散失;褪黑素明顯的改變了水分脅迫下番茄老葉和幼葉之間的滲透勢梯度。這些結果說明,褪黑素處理有助于緩解番茄的水分脅迫。4.褪黑素可能依賴ABA調控水分脅迫下番茄的抗氧化能力。褪黑素顯著降低了干旱誘導的氧化傷害,明顯的提高了番茄葉片的抗氧化能力,而用ABA生物合成抑制劑氟啶酮處理番茄后,褪黑素對番茄的影響減小。氟啶酮處理后,褪黑素對水分脅迫下番茄葉片中丙二醛的含量、電解質滲透率以及抗氧化酶的影響明顯減小,說明褪黑素可能依賴于ABA來提高番茄的抗氧化能力。
[Abstract]:Low temperature and drought are common environmental stress factors, which affect the distribution, growth and development of plants in nature, as well as global agricultural production and threaten food safety. Tomato (Solanum lycopersicum) is an important horticultural crop. Tomato (fruit) is in great demand all over the world. However, the growth and development of tomato are easily affected by low temperature and drought, resulting in lower yield and lower quality. Therefore, it is of great significance to improve the cold resistance and drought resistance of tomato to ensure the sustainable production of tomato. Melatonin plays an important role in plant growth, development and stress response. At present, the mechanism of melatonin regulating cold resistance and drought resistance of tomato is rare. In this study, tomato was used as experimental material. The photosynthetic ability, non-photochemical quenching level, antioxidant system, cold response gene expression and osmotic regulatory substance accumulation in tomato leaves were measured under low temperature and water stress. The effects of melatonin on tomato low temperature stress and water stress were studied and its mechanism was discussed. The main results are as follows: 1. Melatonin alleviates the injury of tomato plants caused by low temperature. The pretreatment of melatonin could significantly improve the photosynthetic ability of tomato plants under low temperature stress and alleviate the oxidative stress caused by low temperature, which showed that melatonin treatment could reduce the content of malondialdehyde and electrolyte permeability. The activities of antioxidant enzymes and the contents of non-enzymatic antioxidants in tomato under low temperature stress were increased, and the antioxidant capacity of tomato was enhanced. Melatonin promoted the expression of Jingtian heptanone glycosyldiphosphatase gene and maintained the activity of Jingtian heptanone glycosyldiphosphatase under low temperature stress, which was helpful to improve the photosynthetic ability of tomato leaves under low temperature stress. Melatonin significantly induced the expression of cold response genes and the accumulation of soluble sugar and proline in tomato under low temperature stress, which played an important role in improving the cold resistance of tomato. 2. Melatonin alleviated the photoinhibition of tomato under low temperature stress. Melatonin treatment promoted the expression of Purple lutein Decyclooxygenase gene and the content of ascorbic acid in lutein cycle of tomato leaves under low temperature stress, so as to improve the activity of purple lutein de-cyclooxygenase. The increase of the activity of violaxanthin deepoxylase caused the increase of lutein deepoxidation level, which increased the non-photochemical quenching level and alleviated the photoinhibition induced by low temperature stress of tomato. 3. Melatonin alleviated tomato water stress. Melatonin significantly increased the photosynthetic capacity of tomato under drought conditions and decreased the oxidative injury induced by drought, and increased the antioxidant capacity of tomato. Melatonin promoted the expression of epidermal wax synthesis gene, increased the content of epidermal wax, and reduced the loss of non-stomatal moisture in tomato leaves. Melatonin significantly changed the osmotic potential gradient between old and young leaves of tomato under water stress. These results suggest that melatonin treatment can alleviate water stress in tomato. 4. 4. Melatonin may depend on ABA to regulate the antioxidant capacity of tomato under water stress. Melatonin significantly reduced the oxidative damage induced by drought and significantly increased the antioxidant ability of tomato leaves. However, the effect of melatonin on tomato was decreased after treated with ABA biosynthesis inhibitor flurazone. The effects of melatonin on malondialdehyde (MDA) content, electrolyte permeability and antioxidant enzymes in tomato leaves were significantly decreased after treatment with flurazone, suggesting that melatonin may depend on ABA to improve the antioxidant capacity of tomato.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S641.2

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