乙烯、活性氧和生长素协同调控涝胁迫下黄瓜不定根的形成

【作者】 马晓恬； 王慧慧； 徐强； 陈学好； 齐晓花；

【机构】 扬州大学园艺与植物保护学院；

【摘要】 我国是黄瓜（Cucumis sativus L.）生产大国,2013年的栽培面积和产量分别占世界总量的55.15%和76.21%（http://faostat3.fao.org）。黄瓜根系入土浅、通气组织不发达、吸收力弱、再生能力差;在长江流域及其以南地区,由于季节性降雨和突发性、爆发性降雨发生频率高,不仅露地黄瓜生产受到影响,设施栽培黄瓜也常常严重受涝。前期研究表明,黄瓜主要通过茎源不定根的形成缓解涝胁迫危害,新形成的不定根代替受损的原生根系通过水面和空气的连接面获得氧气以供应植株生长。但是其不定根形成的机制尚不清楚,本研究通过生理生化和分子生物学方法证明乙烯、生长素和过氧化氢信号分子协同参与黄瓜不定根形成过程,并对其调控机制进行研究。（1）通过切片结合形态观察发现:在涝胁迫后12²4 h维管束的束中形成层细胞启动脱分化、不断分裂增殖;24⁴8h该细胞团继续脱分化形成不定根原基;48⁷2 h不定根原基细胞分裂增殖发育,并向皮层细胞穿透;72⁹6 h之后大量不定根突破表皮,并继续伸长。（2）涝胁迫下黄瓜幼苗下胚轴（不定根着生部位）的O₂^-生成速率和H₂O₂含量迅速升高,CsRBOH3（呼吸爆发氧化酶,Respiratory Burst Oxidase Homolog,催化活性氧形成关键酶）基因表达水平上调10倍以上;外源H₂O₂预处理后黄瓜不定根数目和长度显著增加,而外源DPI（NADPH氧化酶抑制剂）处理和DMTU（H₂O₂清除剂）则抑制了不定根的形成。（3）涝胁迫下植株下胚轴乙烯大量产生,采用乙烯合成前体ACC（1-氨基环丙烷-1-羧酸,1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid）处理显著提高了涝胁迫下不定根的数目和长度,而乙烯受体抑制剂1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene,1-MCP）则显著抑制了不定根的数目。ACC合酶（ACC synthase,ACS）是乙烯生物合成的限速酶,ACC氧化酶（ACC oxidase）催化ACC向乙烯转化,黄瓜CsACS4、CsACS7、CsACO1,和CsACO9在涝胁迫下上调表达。（4）萘乙酸NAA（1-Naphthaleneacetic acid）预处理促进了黄瓜涝胁迫下不定根的形成,而生长素极性运输抑制剂NPA（1-Naphthylphthalamic acid）则抑制了不定根的形成。（5）超氧化物和过氧化氢的检测通过硝基蓝四氮唑（nitroblue tetrazolium,NBT）和二氨基联苯胺（3,3-diaminobenzidin,DAB）进行染色观察。结果发现,1-MCP处理抑制了活性氧的形成。（6）通过抑制不定根形成的1-MCP和促进不定根形成的H2O2协同处理,发现乙烯不能通过调控活性氧来调控不定根的形成;通过抑制不定根形成的DMTU和促进不定根形成的ACC协同处理发现,乙烯通过调控活性氧来调控不定根的形成;通过抑制不定根形成的1-MCP和促进不定根形成的NAA协同处理发现,乙烯通过调控生长素来调控不定根的形成;通过抑制不定根形成的DMTU和促进不定根形成的NAA协同处理发现,活性氧通过调控生长素来调控不定根的形成。以上研究表明乙烯、活性氧和生长素在黄瓜涝胁迫下不定根形成过程中均起促进作用,乙烯通过调控活性氧诱导涝胁迫下黄瓜不定根的形成,活性氧通过调控生长素诱导涝胁迫下黄瓜不定根的形成。更多还原