不同光质补光抑制黄瓜幼苗徒长的机理研究

黄瓜(Cucumis sativus L.)属于葫芦科黄瓜属一年生蔓生或攀缘草本植物,是世界上种植面积最大的蔬菜种类之一。如果在苗期生长过程中遭遇弱光等不良天气影响,极易导致幼苗徒长,幼苗品质下降,进而对定植后的植株造成不利影响,包括花芽分化、果实发育及抗逆性等,最终影响产量和品质。因此,研究黄瓜苗期形态及相关基因的表达等徒长及其抑制机制具有重要意义和应用价值。本试验以黄瓜品种“粤秀三号”为试验材料,研究弱光下不同光质补光对黄瓜幼苗下胚轴伸长特性及光受体、光调控因子、激素合成关键酶基因表达的影响,以期为黄瓜幼苗徒长的调控提供理论依据。主要结果如下:1、通过不同时期取样(子叶期、一叶期、二叶期和三叶期)发现,黄瓜幼苗下胚轴快速伸长期发生在子叶至一叶期之间。在幼苗出土后,观测幼苗下胚轴生长日变化,发现在子叶展平1~3d左右,下胚轴快速伸长,而后生长渐趋平缓。CK下胚轴显著伸长,2R1B、1R1B和1R2B处理可抑制下胚轴伸长生长。2、2R1B处理黄瓜幼苗下胚轴最短且显著短于其它处理;1R1B处理黄瓜幼苗茎粗最大且显著高于CK,而补光处理之间无显著性差异;光质处理可显著促进幼苗生物量增加,2R1B处理黄瓜幼苗生物量最大且显著高于其它处理;不同光质补光对黄瓜幼苗壮苗指数有明显的影响,2R1B处理黄瓜幼壮苗指数最大且显著高于其它处理。因此,不同的红蓝光质处理均可显著抑制黄瓜幼苗下胚轴的伸长生长,在一定范围内,增加红光比例更有利于抑制幼苗徒长,培育壮苗。3、在子叶展平1d时,2R1B处理的PhyA表达量最高,而子叶展平3d时,表达量显著降低;1R2B处理的PhyB表达量在子叶展平1d、3d时均较高;1R2B处理在子叶展平1d时HY5的表达量较高,而子叶展平3d时,1R1B处理的HY5表达量较高,COP1表达量随着蓝光比例的增加呈上升趋势,1R2B处理表达量最高;PIF4表达量随着蓝光比例的增加呈下降的趋势,2R1B、1R1B表达量在子叶展平1d时较高,显著高于1R2B处理。与CK相比,补充光照可促进GA20ox1、GA3ox1、GA20ox2的表达,2R1B处理的GA3ox1表达量在子叶展平1d、3d时均显著低于1R1B、1R2B处理;光质处理可促进IAA3、YUC8的表达,在子叶展平1d、3d时,2R1B处理IAA3表达量显著低于1R1B、1R2B处理,2R1B处理的YUC8表达量最低;与CK相比,当增加红光比例时可显著促进BRI1、DET2的表达。说明不同红蓝光质处理可以调控幼苗徒长相关基因的表达来抑制其下胚轴伸长。4、通过qRT-PCR分析发现,当VIGS沉默CsPIF4后,幼苗中CsPIF4表达量显著降低,PYYA、PHYB表达量显著增加,赤霉素、生长素、油菜素内酯合成酶基因表达量均显著降低,植株呈现出短下胚轴表型。当VIGS沉默CsGA3ox1后,幼苗中CsGA3ox1表达量显著高于对照,而CsPIF4表达量显著下降,赤霉素合成过程中的另外两个关键基因(CsGA20ox1、CsGA20ox2)表达量变化不明显。综上所述,PIF4可能参与激素合成途径或信号转导途径,与赤霉素、生长素和油菜素内酯一起可协同调控下胚轴伸长生长。不同光质处理可以促进GA3ox1、IAA3、BRI1的表达,当植株体内GA表达量增加时,会抑制DELLA蛋白的积累,促进GA的信号传递。此外,DELLA可以与ARF6、BRI1及PIF4发生相互作用抑制其活性并阻断与靶基因启动子的结合,从而最终抑制幼苗的徒长。 ...