生姜根源信号物质对叶片光适应特性的调控机制

长期以来，人们一直认为生姜是"喜荫怕光"作物，生产中多采用遮光栽培。近年本课题组研究发现，生姜进行地面覆草栽培或在适宜土壤水分条件下不遮光栽培，其叶片光合速率和产量均高于遮光栽培，表明生姜可适应较强的自然光照；同时研究还发现，水光互作显著影响了生姜根系生理特性及叶片气孔特征，推测可能与水分的变化调控了根系信号物质的生成及传导特性，进而影响了叶片的气孔特征、光合作用相关酶以及光合机构的光化学活性有关。为此，本项目在研究水、光互作影响生姜根系信号物质产生及传导特性基础上，重点探讨根源信号物质及其抑制剂对叶片气孔特征与行为、光合关键酶活性、电子传递过程中的能量分配以及特异蛋白差异表达的影响，明确根源信号调控生姜光能吸收、分配与利用的关键生理途径，这对今后利用分子生物学手段培育高光效生姜品种具有重要的理论意义，对革新传统的生姜遮光栽培技术、提高生产效率有重要实践价值。

长期以来，人们一直认为生姜是"喜荫怕光"作物，生产中多采用遮光栽培。近年本课题组研究发现，生姜进行地面覆草栽培，其叶片光合速率和产量均高于遮光栽培，表明生姜可适应较强的自然光照，据此课题组提出了生姜是“喜光耐荫”作物的新观点。为了深入探讨生姜“喜光耐荫”的生理机制，本项目在初步探明遮光或覆草显著影响光照、水分、温度前提下，系统研究了水光互作对生姜根系信号物质产生及叶片光能利用与耗散特性的影响。主要研究内容和结果如下：.（1）研究了水光互作对生姜叶片光能利用与耗散特性的影响，表明强光和水分胁迫均可诱导生姜ABA、GA的变化，导致叶片光合效率降低，尤其强光可加重干旱胁迫程度；自然光照正常供水条件下，生姜叶片抗氧化酶活性较高，活性氧水平较低；水-水循环对生姜叶片耗散过剩光能、清除活性氧起重要作用，但当光合碳同化途径受到严重抑制时，Mehler反应显著增强，并伴随着活性氧清除酶活性的升高。.（2）探讨了外源信号物质ABA、GA、Ca2+等对生姜叶片光化学效率及光合碳同化的影响，表明无论水分状况如何，ABA显著影响了光合暗反应，促进了Mehler反应和光呼吸等光能耗散过程，有利于保护光合机构免受破坏；同时，ABA与Ca2+信号在对气孔的调控中具有协同效应，但光合暗反应对ABA信号比Ca2+信号更加敏感。.（3）研究了ABA合成抑制剂嘧啶醇对光合碳同化的影响，表明生姜根系外施剂嘧啶醇可显著降低ABA、GA含量，提高了叶片的气孔导度和光合速率；但嘧啶醇在短期内并未影响叶片的Fv/Fm，而随外施嘧啶醇时间的延长，生姜叶片净光合速率、气孔导度和光化学效率有不同程度的下降；采用光呼吸抑制剂NaHSO3抑制光呼吸后，Fv/Fm、ΦPSII、qP降低，Mehler反应增强，并显著抑制了碳氮代谢。.（4）探讨了NO在高温胁迫下对生姜叶片PSII的保护机理，证明外源NO有利于维持叶绿素光化学活性，增强叶片抗氧化酶活性，降低叶片ROS水平，减轻膜脂过氧化，维持ASA–GSH循环系统的稳定性；证实了NO作为植物积极响应非生物胁迫的信号分子，可通过上调渗透胁迫及活性氧清除酶类基因的表达，提高植物的抗逆性。. 通过系统研究，探明了生姜叶片适应光环境的生理机制，提出了在保证适宜的水分和温度条件下，生姜可实现不遮光栽培的理论依据，这对革新传统的生姜遮光栽培技术有重要理论意义和实践价值。