redox信号介导的6-BA调控黄瓜弱光适应性的生理与分子机制

Weak light is the bottleneck problem in facility vegetable cultivation. Oxidation reduction (redox) signal plays an important role in the process of plant growth, development and the response to environmental stress factors, however, the changes in resistance of plants to weak light stress and the action is unclear. We discovered that 6-Benzylamino adenine (6-BA, a cytokinin) is in regulation of plant resistance to low light stress. The project takes cucumber as study material, using chemical genetic methods to construct different GSH/GSSG standard plants, in order to prove whether the cucumber adapt to weak light stress by 6-BA treatment through redox signal state changes. By using of DIGE fluorescence difference gel electrophoresis (2-D DIGE), with Western blotting and colloidal gold immunoelectron microscopy, the project is aimed at elucidating the protein spots of redox signal regulation. Finally, the project plans to clarify Research is expected to clarify physiological and molecular mechanism of 6-BA in regulating resistance to weak light mediated by redox signaling of cucumber. The project is expected to provide theoretic and practical bases for weak light stress and it has important application value.

弱光是设施蔬菜栽培中的瓶颈问题。氧化还原（redox）信号在植物生长发育和对环境胁迫因子的响应过程中起重要作用，然而其在植物抗弱光胁迫中的状态变化和作用机理尚不清楚。我们初步研究发现6-苄氨基腺嘌呤（6-BA，细胞分裂素的一种）在植物抗弱光胁迫中起调控作用，本项目拟以黄瓜为研究材料，利用化学遗传方法构建不同GSH/GSSG水平的植株，探明6-BA是否通过GSH/GSSG等氧化还原信号元件来调控黄瓜适应弱光环境变化，并利用DIGE荧光差异凝胶电泳（2-D DIGE）,借助Western blot和胶体金免疫电镜确定redox信号调控的蛋白点，进一步推测redox信号在6-BA调控弱光适应性中的作用机理。研究可望阐明弱光条件下redox信号介导的6-BA调控黄瓜弱光适应性的生理与分子机制，为解决设施生产中弱光胁迫的突出问题提供理论依据，具有重要的应用价值。

黄瓜是全世界范围内普遍栽培的重要作物，在生产上和消费上占有重要的地位。但生产上尤其是设施栽培中的弱光等逆境严重抑制了黄瓜植株的正常生长发育。因此，开展如何缓解弱光胁迫对植物的影响和植物弱光适应性形成机制的研究具有十分重要的科学和现实意义。细胞分裂素与植物抗逆性密切相关，redox信号的研究已成为生命科学领域当前备受关注的一个热点，其在植物抗逆境胁迫过程中起到重要作用，明确其在黄瓜弱光逆境中作用，不仅在理论上有助于我们明确植物抗性形成机制，也有助于我们通过调控机制来增强蔬菜作物的抗逆能力，提高其产量和品质，具有非常重要的理论价值。所得的主要结果如下： .1.研究了6-BA对弱光条件下黄瓜碳水化合物代谢的影响.弱光处理使黄瓜叶片中的淀粉、蔗糖、总糖含量都明显降低，对华南型来说，6-BA处理使黄瓜叶片中的淀粉含量更低，而蔗糖、总糖含量却明显增加。这可能是6-BA处理调动了体内的代谢循环，将淀粉转化为植物更容易代谢利用的可溶性糖，来促进胁迫下黄瓜的生长。对欧洲迷你型来说，6-BA处理淀粉、蔗糖、总糖含量均有所降低，这可能是因为欧洲迷你型更耐弱光的，6-BA处理的效果不如华南型明显。.2. 研究了6-BA对弱光条件下黄瓜抗氧化系统的影响.在此试验中，我们用了NBT活体染色和定量的方法来测定O2-的产生速率。研究结果表明弱光条件下，两个品种的黄瓜植株的叶片都产生大量的O2-。弱光处理15天使沪杂3号和春秋王O2- 含量分别提高了50%和47.5%，然而用6-BA处理则使O2- 含量分别降低了20.3%和18.4%。.3. 明确了利用化学遗传法构建不同GSH/GSSG信号元件株系并分析redox信号元件的变化对6-BA调控弱光胁迫下抗氧化系统及相关基因表达的影响。.我们研究了redox信号对弱光条件下6-BA提高光合作用的调节机理。进一步分析了氧化还原信号对弱光条件下光合作用的影响。研究发现外源适当浓度的6-BA处理能够提高GSH/GSSG的比率，但是对谷胱甘肽的总量无显著影响。6-BA提高光合作用的效应可以被GSH合成抑制剂BSO和磷酸戊糖途径的NADPH合成抑制剂6-AN所抵消。6-BA可以通过提高卡尔文循环相关酶的活力及基因表达从而提高光合作用。这些结果表明，6-BA诱导的卡尔文循环关键酶活力及基因表达均被BSO和6-AN所抑制，充分证明GSH/GSSG作为一种氧化还原信