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一氧化氮提高小麦幼苗耐盐性及其分子机制研究

阮海华  
【摘要】:从叶绿素、MDA和质膜相对透性3个方面的变化证实了0.1和1mmol/L的一氧化氮(nitric oxide,NO)供体硝普钠(sodiumnitroprusside,SNP)分别对150和300mmol/L NaCl胁迫下的小麦(Triticum aestivum.L)幼苗叶片氧化损伤具有明显的缓解效应。与盐胁迫单独处理相比,0.1和1mmol/L SNP处理分别显著诱导了150和300mmol/L NaCl胁迫下小麦叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及抗坏血酸过氧化物酶(APx)活性的上升,从而延缓了由于盐胁迫而导致的O_2~(·-)和H_2O_2的大量积累,但是对POD的活性变化影响不明显。此外,除了活性氧清除酶,谷胱甘肽同样参与了外源NO对盐胁迫下小麦幼苗抗氧化能力的调节。150和300mmol/L NaCl胁迫处理均不同程度的降低了小麦幼苗叶片还原型谷胱甘肽(GSH)的含量,同时增加了氧化型谷胱甘肽(GSSG)的含量;而与盐胁迫单独处理相比较,外源NO供体处理显著地提高了盐胁迫下小麦幼苗叶片GSH的含量,而对GSSG的含量无显著影响。更为重要的是,通过分析GSH:GSSG的比例发现,外源NO供体处理显著地提高了盐胁迫下小麦幼苗叶片GSH:GSSG比率。进一步的研究表明,这可能与外源NO诱导盐胁迫下小麦幼苗叶片谷胱甘肽还原酶(GR)的活性有关。同时,外源NO供体处理同样促进了谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的活性,参与降解由于盐胁迫而过量产生的过氧化产物,完成细胞解毒功能。 为了进一步详细阐明NO作用的专一性以及揭开NO在盐胁迫条件下复杂的调节机制,下文着重以150 mmol/L NaCl胁迫为例,从表观形态、植株鲜重、生长速率、相对含水量等方面进行相关研究。结果表明,0.1mmol/L SNP处理显著缓解了150 mmol/LNaCl胁迫对小麦幼苗生长造成的抑制效应,提高了小麦幼苗的鲜重和生长速率,并且显著缓解了由于盐胁迫而导致的小麦幼苗水分丧失。进一步结合1mg/ml血红蛋白(NO专一性抑制剂)处理发现,血红蛋白处理显著逆转了SNP诱导的上述效应,消除了SNP对盐胁迫下小麦幼苗叶片叶绿素的保绿作用,而利用亚硝酸钠和铁氰化钾作为 一氧化氮提高小麦幼苗耐盐性及其分子机制研究 对照的实验也证实了外源N0对小麦幼苗耐盐性具有专一性的调节作用.进一步的研 究表明,外源NO显著提高T 150 mmol/L NaCI胁迫下小麦幼苗根部质膜H’一^TPase 和焦磷酸酶的ATP水解活性,为盐害逆境下的植物生长提供必需的能量.但对盐胁迫 下小麦幼苗根部的跨膜H’转运则没有显著影响.应用外源CaSO;和Ca2.鳌合剂EGTA 处理均证实Ca’+在N0诱导的盐胁迫下小麦幼苗根部质膜H+一ATPase和焦磷酸酶活性升 高的过程中起关健性的介导作用.通过研究外源N0对盐胁迫下小麦幼苗根部离子含 量的影响发现,与盐胁迫单独处理相比,N0对Na’含量未表现明显变化,但却显著地 提高了盐胁迫下小麦幼苗根部K+含量以及K‘/Na‘比率,其中K+含量的提高有助于质膜 H+一ATPase活性的激活,而K’/Na’比率亦可作为信号分子诱导植物盐胁迫适应性反应, 这可能也是N0提高小麦幼苗耐盐性的原因之一 此外,植物在盐胁迫条件下诱导各种生理生化反应来适应逆境,例如可溶性渗透 调节物质脯氛酸的累积.首先,本研究以小麦为材料,在活性测定的基础上进行改进, 建立了小麦叶片脯氨酸脱氢酶(ProDH)同工酶电泳活性染色方法,具有操作简单、 结果直观的优点,克服了其在酶活性测定过程中由于异硫氛酸甲醋在水溶液中的颜色 变化而引起的酶活性测定结果误差大,平行性差的缺点.进一步的研究证实,外源N0 供体处理对盐胁迫下小麦叶片脯氛酸的调节因浓度不同而异,0 .1一lmluol/L的sNP处理 促进脯氛酸的累积而Sllunol/L SNP处理则表现为明显的抑制作用。N0专一性清除剂 c一PTIO和血红蛋白处理均明显逆转了上述SNP的诱导效应,证实了低浓度外源NO诱导 盐胁迫下小麦幼苗叶片脯氛酸累积的专一性作用.已经知道,脱落酸(ABA)在植物 遭受盐胁迫的适应性反应发生过程中具有多重作用,其中诱导脯氨酸的累积也是一个 重要的方面.基于此,本文重点研究了N0对盐胁迫下小麦幼苗叶片ABA含量的影响及 其在ABA诱导的盐胁迫下脯氛酸累积的信号转导途径中的功能.结果发现,外源N0显 著激活了盐胁迫下小麦幼苗叶片内源ABA的合成,并在ABA诱导的盐胁迫下小麦叶片脯 氨酸累积的过程中作用于ABA的下游,且N0和ABA信号分子在此诱导反应过程中不存在 累加效应.通过分析植物体内控制脯氛酸合成和降解的酶促反应途径发现,盐胁迫条 件下外源N0诱导小麦幼苗叶片脯氨酸累积的关健酶随处理时间的不同而异,外源N0处 理4d以前主要是通过提高脯氨酸合成酶(PSCS)的活性来促进脯氨酸的累积,而外源N0 处理4d后则主要是通过抑制Pr oDH的活性来抑制脯氨酸的降解,进而促进脯氛酸的累 中文摘要 积.而ABA对于PscS和ProDH显示了与NO相类似的调节方式,但其调节效应明显弱于NO. 此外,利用外源CaSO。和Ca’+通道阻断剂LaCI,处理发现Ca’‘在N0诱导的盐胁迫下小麦叶 片脯氛酸累积的过程中也起关键性的介导作用.


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