【摘 要】
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过度施用氮肥不仅会带来环境污染等问题,还会影响作物的品质,降低植物抵御生物胁迫及非生物胁迫的能力。因此合理施用氮肥、提高氮肥利用率显得尤为重要。研究低氮胁迫调控黄瓜挥发性物质的分子机制可以为生产过程中适量施加氮肥、提高品质提供一定的理论基础。本实验采用营养液栽培,以黄瓜9 930及56份自交系构成的自然群体为试验材料,在黄瓜植株展开第3片真叶开始进行氮缺乏处理。实验共设两个处理:缺氮(ND),N浓
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过度施用氮肥不仅会带来环境污染等问题,还会影响作物的品质,降低植物抵御生物胁迫及非生物胁迫的能力。因此合理施用氮肥、提高氮肥利用率显得尤为重要。研究低氮胁迫调控黄瓜挥发性物质的分子机制可以为生产过程中适量施加氮肥、提高品质提供一定的理论基础。本实验采用营养液栽培,以黄瓜9 930及56份自交系构成的自然群体为试验材料,在黄瓜植株展开第3片真叶开始进行氮缺乏处理。实验共设两个处理:缺氮(ND),N浓度为OmM;CK,N浓度为12mM。对黄瓜幼苗叶片挥发性物质含量、短链挥发性物质合成途径(LOX-HPL)相关基因表达量及内源、外源反-2-己烯醛诱导生物胁迫及非生物胁迫相关基因表达量进行分析。实验结果如下:1,低氮胁迫过程中能显著提高黄瓜9 930叶片短链醛类物质含量。在正常氮供给条件下共检测到24种挥发性物质,包括15种醛类、两种酮类、两种烯类及其它5种挥发性物质。其中C6与C9醛是主要组成成分。在低氮胁迫条件下检测到22种挥发性物质。低氮胁迫第5 d时,短链醛类物质含量显著提高,而其它挥发性物质在处理过程中则表现出显著降低或无显著变化。主成分分析(PCA)表明不同氮素供给明显影响了黄瓜叶片挥发性物质的合成。2,黄瓜自然群体分析表明氮元素显著影响了短链挥发性物质的合成。自然群体中反-2-己烯醛为短链醛类物质的主要组成成分,约占总挥发性物质的73.33-97.26%,而反,顺-2,6-壬二醛含量则最低。不同黄瓜自交系叶片短链挥发性物质含量存在较大差异,在正常氮供给条件下群体中表现出28倍的变异。低氮胁迫明显改变了黄瓜叶片挥发性物质的含量,在自然群体中27个自交系的总挥发性物质含量出现了显著变化,其中17个自交系显著上调,10个自交系显著下调。主成分分析(PCA)分析表明,低氮胁迫明显的影响了黄瓜叶片挥发性物质的含量。在低氮胁迫过程中,壬醛含量变化较小,仅为0.6-1.57倍。3,LOX-HPL途径中部分基因响应低氮胁迫,导致短链醛类物质含量升高。相比于对照,9 930中CsLOX2 CsLOX9,CsLOX17 CsLOX19,CsLOX2 与CsLOX2 响应短期低氮胁迫信号,表达量明显上调。CsHPL1表达量在低氮胁迫处理5 d时显著上调。自然群体中的6个短链挥发性物质显著提高的自交系,CsLOX8、CsLOX10、CsLOX19、CsLOX20、CsLOX2及CsLOX23在低氮胁迫过程中多数检测点表现出明显上调,CsHPL1表达量也表现出显著上调。结果表明LOX-HPL途径中,CsLOX10,19,20与CsHPL1是响应短期低氮胁迫信号的重要基因,同时引起黄瓜叶片短链醛类物质含量显著提高。4,外源、内源反-2-己烯醛诱导逆境相关基因表达。对黄瓜幼苗施加外源反-2-己烯醛,针对44个生物胁迫与非生物胁迫相关的基因,检测基因表达量变化。6个基因(CsHSFA2、CsHSP101-1、CsERF1-1、CsHSP1-1、CsERF1-2和CsHSP70B-2)在三个处理的时间点表达量都显著下降,13个基因的时间点表达量都显著上调。随着外源反-2-己烯醛处理时间的延长,表达量显著上调基因数量随之增多,表明黄瓜施加外源反-2-己烯醛能显著的提高逆境相关基因表达量。对低氮胁迫处理9 930叶片逆境相关基因表达量检测表明,在处理1-3 d时,逆境相关基因表达量相对于对照多数下调,处理第4、5 d时,基因多数基因表达上调。在处理第5 d时13个基因(CsMBF1C、CsZAT10-1、CsZAT10-2、CsZAT10-3、CsZAT11、CsHSP23.7-Mito-2、CsHSP1-1、CsERF-6、CsERF98-1、CsDNAJ-2、CsSIB1-2、CsHSP101-1与CsEGY3)表达量显著高于其它四个点,上述13个基因表达量可能是由于内源反-2-己烯醛诱导。
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