中国农业科学 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (15): 3064-3080.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2025.15.010
收稿日期:
2025-04-10
接受日期:
2025-04-24
出版日期:
2025-08-01
发布日期:
2025-07-30
通信作者:
联系方式:
马佳,E-mail:tangxinjiangcat@163.com。
基金资助:
MA Jia(), PENG JieLi, WANG Xu, JIA Nan, LI MengKai, HU Dong*(
)
Received:
2025-04-10
Accepted:
2025-04-24
Published:
2025-08-01
Online:
2025-07-30
摘要:
【目的】 研究链霉菌TOR3209缓解低温对番茄植株胁迫作用的生物学机制,主要从叶绿素合成代谢和多胺含量变化两方面入手揭示TOR3209对光系统中捕光色素蛋白复合体II(LHCII)的保护机制。【方法】 培养番茄至4叶期于移栽时接种TOR3209菌剂,移栽30 d后进行低温胁迫(5 ℃)试验,设置常温接种TOR3209(TOR3209)、常温不接菌(NI)、低温接种TOR3209(TOR3209+C)、低温不接菌(NI+C)4个处理。采用蔗糖密度梯度离心法检测LHCII构象的变化,使用微型板酶检测技术测定叶绿素含量、叶绿素合成前体物质以及合成代谢关键酶活性,通过高效液相色谱法检测不同形态多胺含量,利用荧光定量PCR分析叶绿素和多胺合成代谢关键基因表达的差异。【结果】 低温胁迫引起类囊体膜LHCII单体和三聚体丰度的降低,链霉菌TOR3209可有效缓解低温胁迫对LHCII单体及三聚体的降解。番茄叶片叶绿素含量受低温影响均显著降低,且叶绿素合成的前体物质胆色素原(PBG)大量积累并伴随着尿卟啉原III(Urogen III)、原卟啉IX(Proto IX)、镁-原卟啉IX(Mg-proto IX)和原叶绿素酸酯(Pchl)等下游前体物质的含量显著下降,叶绿素含量的降低主要是由PBG向Urogen III的转化受到阻碍导致的。链霉菌TOR3209能增强低温胁迫下胆色素原脱氨酶(PBGD)活性及其编码基因HemC的表达水平,促进PBG向Urogen III的转化,从而恢复受阻点后的叶绿素合成途径,同时降低叶绿素酶(Chlase)活性及其编码基因Clh的表达水平,促进叶绿素的积累。低温胁迫导致叶片游离态多胺和结合态多胺含量均显著降低,腐胺(Put)/精胺(Spm)比率下降;TOR3209在胁迫初期显著提升游离态和结合态多胺的积累水平;随着胁迫持续,通过上调Odc表达促进Put向亚精胺(Spd)转化,使游离态/结合态Put和结合态Spd持续积累,但Spm含量与低温对照无显著差异,因此Put/Spm比率显著提高,有助于增强低温胁迫下LHCII丰度并稳定LHCII的聚集状态。此外,TOR3209可提高因低温胁迫导致的转谷酰胺酶(TGase)活性下降,促进多胺从游离态向结合态转化。【结论】 TOR3209通过缓解因低温导致的PBG向Urogen III转化的受阻作用促进番茄叶片叶绿素的生物合成,并提高Put的含量和Put/Spm比率,来增强LHCII单体和三聚体的稳定性,保护光合器官免受低温胁迫的破坏。
马佳, 彭杰丽, 王旭, 贾楠, 李孟凯, 胡栋. 链霉菌TOR3209对低温胁迫下番茄植株叶绿素合成和多胺含量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(15): 3064-3080.
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表1
用于实时荧光定量PCR的引物序列"
基因Gene | 正向引物Forward primer (5′-3′) | 反向引物Reverse primer (5′-3′) |
---|---|---|
HemC | TTCTCCACCGCTATCCCTCA | ATACCAATGGCACCCTGAGC |
Clh | GCAAACTCCGCCATCAGTTC | TGCCTCGAATCCCTTTGGTC |
Spds | GAGGAGGAGATGGTGGTGTC | ATGCAACTCCGTCACCAATG |
Odc | ACTTCCACGACTTCCCTGAG | TTCGACATGCACGCTAATGG |
Actin | TGTCCCTATTTACGAGGGTTATGC | CAGTTAAATCACGACCAGCAAGAT |
表2
低温胁迫下TOR3209对番茄叶片光合色素含量的影响"
叶绿素含量Chlorophyll content | 处理Treatment | 0 d | 1 d | 3 d | 6 d | 10 d |
---|---|---|---|---|---|---|
叶绿素a Chl a (mg·g-1 FW) | TOR3209+C | 11.67±0.49a | 5.77±0.42b | 6.07±0.26b | 7.38±0.32b | 6.23±0.57b |
NI+C | 9.52±0.43b | 4.61±0.42c | 4.55±0.33c | 4.68±0.65d | 4.06±0.79c | |
TOR3209 | 11.67±0.49a | 8.11±0.36a | 9.23±0.48a | 9.03±0.66a | 8.46±0.55a | |
NI | 9.52±0.43b | 6.14±0.34b | 6.54±0.54b | 6.32±0.04c | 5.78±0.06b | |
叶绿素b Chl b (mg·g-1 FW) | TOR3209+C | 4.65±0.40a | 3.13±0.51c | 2.74±0.39b | 6.72±1.23b | 2.77±0.11c |
NI+C | 3.66±0.42b | 2.66±0.37c | 1.95±0.45b | 3.28±0.97c | 2.05±0.54c | |
TOR3209 | 4.65±0.40a | 9.01±0.53a | 7.26±0.13a | 9.02±0.20a | 8.26±0.56a | |
NI | 3.66±0.42b | 6.53±0.22b | 7.29±0.14a | 6.49±0.05b | 5.54±0.58b | |
总叶绿素 Chl t (mg·g-1 FW) | TOR3209+C | 16.69±0.90a | 9.11±0.54c | 9.01±0.67c | 14.45±1.58b | 9.21±0.57c |
NI+C | 13.47±0.61b | 7.44±0.79d | 6.65±0.23d | 8.16±1.02c | 6.25±1.34d | |
TOR3209 | 16.69±0.90a | 17.57±0.78a | 16.89±0.62a | 18.51±0.84a | 17.14±1.14a | |
NI | 13.47±0.61b | 13.00±0.51b | 14.19±0.69b | 13.15±0.09bc | 11.60±0.66b |
表3
低温胁迫下TOR3209对番茄叶片转谷酰胺酶活性的影响"
处理 Treatment | 转谷酰胺酶活性TGase activity (mmol·h-1·g-1) | ||||
---|---|---|---|---|---|
0 d | 1 d | 3 d | 6 d | 10 d | |
TOR3209+C | 0.60±0.03a | 0.51±0.00bc | 0.49±0.02c | 0.54±0.01c | 0.53±0.02b |
NI+C | 0.55±0.02b | 0.45±0.04c | 0.45±0.01d | 0.46±0.01d | 0.36±0.02c |
TOR3209 | 0.60±0.03a | 0.73±0.03a | 0.65±0.00a | 0.63±0.02a | 0.63±0.03a |
NI | 0.55±0.02b | 0.53±0.04b | 0.55±0.03b | 0.58±0.02b | 0.60±0.03a |
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