油菜素内酯调控黄瓜光合作用抗逆性及农药代谢的生理与分子机理研究.DOC

附件2 论文中英文摘要格式 作者姓名：夏晓剑 论文题目：油菜素内酯调控黄瓜光合作用、抗逆性及农药代谢的生理与分子机理研究 作者简介：夏晓剑，男，1982年05月出生，2004年09月师从于浙江大学喻景权教授，于2009年06月获博士学位。 中 文 摘 要 黄瓜是温室栽培的主要蔬菜作物之一，在生产和消费上占有重要地位。建立可持续农业Cucumis sativus L.）为材料，研究了BR对低温、氧化胁迫和CMV侵染等逆境抗性的影响。从光合作用、激素代谢、ROS信号转导以及基因表达的角度阐明了BR调控作物抗逆性的机理，探讨了BR在缓解农药毒害以及调控农残降解中的作用。取得主要结果如下：Rubisco羧化速率（Vc,max）、Rubisco初始活力以及RuBP再生速率（Jmax）引起CO2同化速率和叶绿体电子传递速率的变化。BR生物合成抑制剂（Brz）能显著降低黄瓜内源BR含量，抑制Rubisco编码基因rbcL、rbcS、rca和Calvin循环基因的表达，从而降低黄瓜的光合作用和干物质累积。Brz抑制光合作用的效果能够为外源BR处理所恢复，因此植物光合作用的强弱与植株内源BR水平高度相关。RCA蛋白的亚细胞定位结果表明，BR能显著促进RCA在叶绿体中的积累，进而通过提高Rubisco的活化状态提高CO2同化效率，而Brz处理则表现出相反的趋势。因此，BR主要通过诱导光合基因的表达和相关酶活力调控光合作用和产量形成。 2. 利用BR生物合成抑制剂（Brz）降低黄瓜内源BR含量能显著降低植株对低温、光氧化胁迫和黄瓜花叶病毒（CMV）等生物和非生物逆境的抗性，而外源处理BR具有提高植物广谱抗性的作用，因此内源BR直接参与植物抵御各种逆境的防御反应。BR诱导低温和氧化胁迫抗性与其调控细胞抗氧化系统有关，BR处理能提高叶绿体、线粒体和细胞质等细胞器AsA-GSH循环相关酶的活性，进而提高细胞整体的抗氧化能力。但BR诱导CMV抗病性与SA途径无关。BR能够调控RBOH、MAPK1、MAPK3等信号转导基因，WRKY、MYB、MYC等转录因子以及抗性相关基因。但是BR合成抑制剂（Brz）处理后转录因子的表达也出现一定程度的上调。MAPK级联反应及下游的转录调控在BR诱导植物抗性的信号转导中可能发挥重要作用。因此，BR对于作物抗逆反应具有直接的调控作用。 3. ROS原位染色和透射电镜观察显示，外源BR能够诱导叶肉细胞质外体H2O2的累积，而抑制BR合成则显著降低黄瓜叶片的H2O2含量。不同BR水平植株的NADPH氧化酶活力的变化趋势与H2O2含量相一致。NADPH氧化酶抑制剂（DPI）能阻断BR对ROS的诱导效果，从而推断BR主要通过激活NADPH氧化酶诱导ROS产生。DPI和H2O2清除剂（DMTU）能够抑制BR对基因表达、抗氧化酶活力和抗逆性的诱导。因此，H2O2作为第二信使介导了BR对防御反应的调控作用。在此基础上，我们发现BR诱导的H2O2呈现周期性变化，并且抗性基因表达和抗逆性的变化与其体内H2O2含量紧密相关，从而揭示了BR作用的规律及其诱导抗性效果不稳定的根本原因。这些结果表明，NADPH氧化酶所产生的ROS介导了BR对植物广谱抗逆性的调控。 4. 植株单张叶片BR处理能提高上位叶和下位叶对光氧化胁迫的系统抗性。这种抗性的提高与系统叶片cAPX和MDAR等抗氧化基因表达和酶活力的诱导有关。BR处理能诱导维管组织H2O2的累积。利用DPI或DMTU对处理叶进行预处理能抑制BR对系统叶H2O2累积、基因表达以及抗性的诱导作用。但是，对系统叶预处理DPI或DMTU也对系统抗性具有相同的抑制效果。因此，系统抗性的获得需要系统叶片H2O2的从头合成，H2O2本身不能作为可移动的信号，但H2O2可能介导系统信号的传导，并在BR诱导的系统抗性中发挥重要作用。 5. 九种不同化学结构的农药除福星外在推荐剂量下对净光合速率（Pn）都有不同程度的抑制并以百草枯的效果最强。铜高尚主要通过抑制气孔开放降低Pn，而其他农药主要通过非气孔因素抑制光合作用。百草枯主要通过破坏PSII降低PSII实际光化学效率（ΦPSII），而精稳杀得和毒死蜱主要通过抑制PSII的开放降低ΦPSII，但是盖草能、科佳、一遍净和阿维菌素对ΦPSII没有显著影响。非光化学猝灭（NPQ）受到百草枯和盖草能的抑制，而其他农药处理后NPQ显著升高。值得注意的是，外源BR处理后能缓解农药对Pn和ΦPSII的抑制，这可能是BR提高Rubisco羧化效率和抗氧化能力的结果。 6. 毒死蜱作为农业生产上使用最为广泛的有机磷农药能够显著降低黄瓜的净光合速率（Pn）和PSII实际光化学效率（ΦPSII），而BR能缓解农药对光合作用的抑制，并促进农药化学胁迫后光合作用的恢复。进一步研究发现这与