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在农业生产中，涝渍（WL）胁迫严重影响作物生长。研究人员以黄瓜为对象，探究硝酸盐（NO3? ）对 WL 胁迫的缓解作用。结果发现，硝酸盐可通过一氧化氮（NO）缓解 WL 胁迫，促进黄瓜生长。该研究为提高作物抗涝能力提供理论依据。
在农业的广袤天地里，涝渍胁迫就像一场突如其来的 “洪水猛兽”，无情地阻碍着作物的茁壮成长。对于蔬菜种植而言，尤其是在无土栽培模式下，根系生长空间受限，频繁施肥使得涝渍问题更为棘手。黄瓜作为常见的蔬菜作物，其杂种品系虽对涝渍有一定耐受性，但其中的生理机制却如同神秘的面纱，亟待揭开。为了探寻缓解涝渍胁迫的有效方法，匈牙利农业与生命科学大学（Hungarian University of Agriculture and Life Sciences）等机构的研究人员开展了深入研究。最终发现，硝酸盐能够通过一氧化氮介导，有效缓解黄瓜的涝渍胁迫，这一成果为农业生产抗涝提供了新的理论支持，相关论文发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：通过分光光度计测定过氧化氢（H2O2 ）、丙二醛（MDA）、一氧化氮（NO）和硝酸盐（NO3? ）含量以及硝酸还原酶（NR）、乙醇脱氢酶（ADH）活性；利用共聚焦激光扫描显微镜检测 NO 和 H2O2 的定位；借助提取总 RNA、合成 cDNA、进行逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR）和实时荧光定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）来分析基因表达；采用蛋白质免疫印迹法（Western blot）检测蛋白质硝化情况；运用统计分析软件进行数据处理和相关性分析。
研究结果
- 涝渍胁迫及硝酸盐处理对植物生长的影响：实验期间，各处理组生长介质中溶解氧水平均持续下降，表明植株经历了缺氧环境。涝渍处理的黄瓜根中 ADH 活性显著增强，显示出缺氧应激导致的发酵代谢增强，而添加硝酸盐可部分逆转这一现象。同时，涝渍处理使黄瓜叶片叶绿素含量（SPAD 值）、鲜重和总叶面积显著降低，植株生长受阻，不过补充硝酸盐能有效缓解这些负面影响。此外，涝渍诱导黄瓜产生不定根（ARs），硝酸盐进一步促进其形成，而一氧化氮清除剂 cPTIO 处理则部分逆转这一促进作用。
- 硝酸盐及一氧化氮的缓解作用：涝渍导致黄瓜叶片和根中的硝酸盐浓度显著降低，补充硝酸盐后基本恢复正常水平。同时，涝渍使叶片 NR 活性下降，补充硝酸盐可大幅提高其活性。化学分析和荧光显微镜检测显示，涝渍处理后根中 NO 水平升高，补充硝酸盐进一步提升，而 cPTIO 处理则显著降低 NO 含量。在根的定位研究中发现，WL/ NO3? 处理的植株部分侧根维管束中存在 NO 积累，且硝酸盐处理可降低侧根中 H2O2 含量。蛋白质免疫印迹结果表明，涝渍和 WL/ NO3? 处理的根中存在蛋白质硝化现象，cPTIO 处理可降低其信号强度。
- 基因表达和信号通路：研究发现，涝渍胁迫诱导黄瓜根中呼吸爆发氧化酶同源基因（RBOH）表达，添加硝酸盐后表达降低；CsRAP2.3 转录因子基因和类植物血红蛋白基因（CsHem3）在涝渍处理的根中表达上调，硝酸盐处理使其下调，cPTIO 处理又使其表达上调；候选基因 S - 亚硝基谷胱甘肽还原酶（CsGSNOR）在涝渍胁迫下诱导表达，WL/ NO3? 处理抑制其表达，WL/ NO3? /cPTIO 处理则再次强烈诱导其表达。此外，通过 RT - qPCR 验证了部分基因（NRT1.8、RBOH9、RAP2.3 和 CsHem3）的表达模式。
- 雷达图和相关性分析：雷达图和相关性分析结果显示，根和叶中的硝酸盐水平与根和叶中的 NR 活性呈显著正相关，而叶中的硝酸盐水平与 H2O2 、MDA 和 ADH 呈显著负相关。主成分分析（PCA）表明，前两个主成分（PC1 = 58.17% 和 PC2 = 20.40%）解释了原始数据 78.57% 的有意义变化，且除缺氧应激标记物（H2O2 、MDA 和 ADH）外，其他研究属性之间总体呈正相关。
研究结论与讨论
本研究表明，在涝渍胁迫下，黄瓜根系代谢转向发酵代谢，地上部分生长受抑制，同时出现氧化应激迹象。添加 20mM 硝酸盐的处理能够有效缓解涝渍胁迫，促进不定根形成，改善根系通气状况。尽管此时根组织仍存在部分缺氧情况，但厌氧呼吸以亚硝酸盐为电子受体，可能改善了根系能量平衡，进而支持了根系的矿物质运输等功能。在此过程中产生的 NO 积累在根的维管束中，首次揭示了其可介导硝酸盐转运蛋白（NRT1）基因的转录上调，增强硝酸盐从根到叶的运输能力。恢复叶片硝酸盐水平和解决根系能量危机，可能是促进黄瓜生长的关键因素。此外，NO 还可能通过直接或间接减少涝渍胁迫下根和叶中的氧化应激，以及促进不定根发育，增强根系有氧呼吸活性，从而发挥缓解涝渍胁迫的作用。
然而，该研究仍存在一些有待进一步探索的方面。未来可通过形态生理研究揭示相关组织的结构变化，深入探究激素在其中的作用机制，因为激素可能与 NO 的效应密切相关。总体而言，这项研究为深入理解黄瓜应对涝渍胁迫的生理机制提供了重要线索，为提高作物抗涝能力的研究和实践开辟了新的方向，有望在未来农业生产中发挥重要作用，助力解决涝渍胁迫对作物产量和品质的不利影响。
