【目的】黄瓜(Cucumis sativus L.)是世界上最具经济价值的蔬菜作物之一,但由于黄瓜喜温不耐寒的特性使得其在冬春栽培中经常会遭受低温侵袭。因此研究增强黄瓜低温耐受性的机制已成为亟待解决的问题。一氧化氮(NO)已经被证明作为小信号分子参与调控植物生长发育、逆境胁迫等多种生物学过程。而NO调控植物抗逆的分子机制还不清晰。此外,NO调控植物非生物胁迫是一个复杂而庞大的网络,虽然许多研究已经证明了NO与多种植物激素、活性氧(ROS)等相互作用调控植物抗逆性,但NO与谷胱甘肽(GSH)和褪黑素(MT)在调控植物低温耐受性中的关系还需要进一步研究。因此,本文的主要目的是要进一步完善NO信号调控植物低温耐受性网络,以及研究其调控植物低温耐受性的分子机制。【方法】本研究采用室内人工模拟低温逆境的方法,通过对外源硝普钠(SNP,NO供体)预处理的冷敏感黄瓜品种‘津研四号’和耐冷型黄瓜品种‘津优一号’幼苗进行叶绿素荧光动力学分析,探讨外源NO对低温胁迫下黄瓜光系统II(PSII)原初光化学反应及光合机构活性的影响;通过对外源NO预处理后的‘津研四号’和‘津优一号’黄瓜幼苗进行转录组学分析,初步解析NO调控黄瓜幼苗低温耐受性的部分分子机制;通过对‘津研四号’黄瓜幼苗预处理NO和GSH合成抑制剂(Bhttps://www.selleck.cn/products/bmn-673.htmlSO)以及NO和MT后分析抗氧化系统、线粒体电子传递链(ETC)复合物活性、多胺(PAs)、光合作用、叶绿素荧光,研究NO分别与GSH和MT在调控黄瓜低温耐受性中的相互关系。【结果】本文主要研究结果如下:(1)与‘津研四号’相比,低温对‘津优一号’黄瓜幼苗放氧复合体(OEC)的损伤程度、次级电子受体(Q_A)的还原速率及电子传递效率的抑制作用更小,而外源NO显著提高了低温胁迫下两品种黄瓜幼苗的PSII光合效率、光合电子传递速率,激活了PSII反应中心,有效保护OEC,提高次级电子受体Q_A向Q_B的电子传递速率及质体醌(PQ)接受电子的能力,使Q_A快速进入氧化状态,促进电子传递顺利进行,并且降低了黄瓜的能量捕获,从而保护黄瓜PSII,增强黄瓜幼苗低温耐受性,且NO对低温胁迫的‘津优一号’黄瓜幼苗的缓解作用更为显著。(2)转录组学分析表明,外源NO主要通过调节植物激素合成和信号转导来提高黄瓜幼苗的低温耐受性,并且NO对‘津优一号’的调控作用较‘津研四号’更为显著,这主要表现在对乙烯信号转导,茉莉酸(JA)信号转导和赤霉素(GA)的生物合成的调控上。此外,对‘津研四号’转录组学进一步分析发现低温胁迫下外源NO通过调节一些关键转录因子(TFs)(MYB63、WRKY21、HD-ZIP和b-ZIP)的表达,进而调控下游靶基因(PAL、MCM5、MCM6、GA3ox、EIN3、NPR1、Peroxidase、CSH、LHCA1、LHCB1、LHCB3和LHCB5)的转录水平,从而调节光合作用、木质素合成、植物激素信号转导、苯丙氨酸代谢、细胞周期和GA合成来调控黄瓜幼苗的低温耐受性。(3)低温胁迫下,BSO处理能在一定程度上抑制类一氧化氮合酶(NOS-like)活性,说明NO和GSH在调控黄瓜低温耐受性过程中存在关系。GSH参与外源NO提高抗氧化酶活性,减少过氧化氢(H_2O_2)积累,抑制脂质过氧化,增加GSH和PAs含量,保持较高水平的GSH/GSSG氧化还原状态和亚硝基谷胱甘肽还原酶(GSNOR)活性以及激活线粒体电子传递链复合物活性(CI、CII、CIII、CIV)和ATP合酶活性(CV)来增强黄瓜幼苗的低温耐受性。(4)100μmol·L~(-1)褪黑素(MT)(MT100)能有效保护低温对黄瓜叶片PSII的损伤,增加PSII活性反应中心数量。此外,无论是NO与MT单独处理还是NO+MT处理均能在一定程度上降低H_2O_2、超氧阴离子(O2~(·-))含量,增加超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性,而MT合成抑制剂(p-PCA)却显著地抑制了外源NO对黄瓜抗氧化系统的积极作用,说明MT作用于NO上游参与对黄瓜抗氧化系统的调控;NO和MT也参与了对低温胁迫下黄瓜幼苗光合系统的调控,具体表现在NO和MT单独或者NO+MT处理均能增加PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、净光合速率(Pn)、实际光化学效率[Y(II)]、调节性能量耗散的量子产量[Y(NPQ)]、光化学猝灭系数(q P)和非光化学猝灭系数(q N),降低光补偿点(I_c)和非调节性能量耗散的量子产量[Y(NO)],而p-PCA和PTIO却能分别不同程度地影响NO和MT的作用。【结论】外源NO能在生理和分子水平共同调控黄瓜幼苗低温耐受性:(1)外源NO增强黄瓜低温耐受性是通过保护OEC,激活PSII活性反应中心,降低光能吸收、促进光合电子传递来实现的,且外源NO对‘津优一号’的调节作用更为显著。(2)外源NO调控TFs诱导下游与光合作确认细节用、木质素合成、植物激素信号转导、苯丙氨酸代谢、细胞周期和GA合成相关靶基因表达来调控黄瓜幼苗的低温耐受性。(3)GSH参与NO清除低温造成的过量ROS积累和增加多胺(PAs)含量,提高线粒体复合物(CI、CII、CIII、CIV)和三磷酸腺苷(ATP)合酶(CV)活性赋予黄瓜低温耐受性。(4)MT作用于NO上游通过直接清除活性氧和增加抗氧化酶活性来提高黄瓜的抗氧化能力。而在NO和MT对光合作用的调控中,两者没有表现出明显的上下游关系。但无论是在对抗氧化系统还是光合系统的调控中,NO和county genetics clinicMT均表现出了明显的协同效应。