一氧化氮对干旱胁迫下两种生态型芦苇愈伤组织的生理作用机制研究

【摘要】： 本文以两种生态型芦苇(沙丘芦苇和沼泽芦苇，以沼泽芦苇为对照，以抗逆性较强的沙丘芦苇为研究对象)的悬浮愈伤组织为实验材料，研究了两种芦苇对渗透胁迫的不同生理响应，揭示了NO在渗透胁迫下的抗氧化作用及其对渗透胁迫下ABA诱导两种芦苇中脯氨酸的积累的调节作用。主要获得以下结果： 在PEG-6000所诱导的渗透胁迫下，沼泽芦苇与抗性较强沙丘芦苇相比具有较高的离子渗透率，同时质膜和膜蛋白也受到更为严重的氧化损伤。我们使用100μM的一氧化氮(nitric oxide，NO)供体硝普钠(sodium nitroprusside，SNP)对渗透胁迫下的沙丘芦苇和沼泽芦苇氧化损伤具有明显的缓解效应，尤其对于沼泽芦苇的保护作用更为明显。使用硝酸钠、亚硝酸钠和亚铁氰化钾作为对照的实验也证实了NO对两种芦苇抗旱性具有专一性的调节作用。与PEG单独处理相比，100μM SNP处理分别显著诱导了渗透胁迫下沼泽芦苇中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的上升，延缓了由于渗透胁迫而导致的H_2O_2和O_2~-的大量积累。谷胱甘肽也参与了外源NO对渗透胁迫下两种芦苇氧化能力的调节。渗透胁迫处理不同程度的降低了两种芦苇还原型谷胱甘肽(GSH)的含量，同时增加了氧化型谷胱甘肽(GSSG)的含量；而与PEG单独处理相比较，SNP处理显著地提高了沼泽芦苇GSH的含量，而对GSSG的含量无显著影响。通过分析GSH／GSSG的比例发现，SNP处理显著地提高了渗透胁迫下沼泽芦苇的GSH／GSSG比率。这可能与NO诱导渗透胁迫下沼泽芦苇谷胱甘肽还原酶(GR)的活性有关。GR参与降解由渗透胁迫而产生的过氧化产物，完成细胞解毒功能。测量渗透协迫下NO的释放率发现沙丘芦苇中NO含量明显增加，而沼泽芦苇中NO的含量没有显著变化。内源NO的清除伴随着SOD，CAT，APX和GR活性的降低和LOX的活性增加，而外源NO则可以显著提高抗氧化酶的活性，抑制LOX的活性，由此推测NO能够作为内源信号物质，保护植物免于受到渗透协迫所带来的氧化损伤，这样赋予了沙丘芦苇更强的抗旱性。同时发现，SNP显著提高了渗透胁迫下两种芦苇中质膜H~+-ATPase和焦磷酸酶的ATP水解活性，为干旱逆境下的植物生长提供必需的能量。使用外源CaSO_4和Ca~(2+)鳌合剂EGTA处理均证实Ca~(2+)在NO诱导的渗透胁迫下两种芦苇愈伤组织质膜H~+-ATPase和焦磷酸酶活性升高的过程中起关健性的介导作用。 此外，植物在干旱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氨酸的累积。我们的研究发现SNP处理对渗透胁迫下两种芦苇中脯氨酸的调节因浓度不同而异，低浓度SNP处理促进脯氨酸的累积而高浓度SNP处理则表现为明显的抑制作用。PTIO(NO专一性清除剂)处理则明显逆转了上述SNP的诱导效应，证实了低浓度外源NO诱导渗透胁迫下两种芦苇中脯氨酸累积的专一性作用。脱落酸(ABA)在植物遭受渗透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。所以，我们研究了NO对渗透胁迫下两种芦苇中ABA含量的影响及其在ABA诱导的渗透胁迫下脯氨酸累积的信号转导途径中的功能。结果发现，外源NO在ABA诱导的渗透胁迫下两种芦苇中脯氨酸累积的过程中可能作用于ABA的下游，并且NO和ABA信号分子在此诱导反应过程中不存在累加效应。渗透胁迫下外源NO诱导两种芦苇脯氨酸累积的关键酶脯氨酸合成酶(P5CS)的活性；而ABA对于P5CS显示了与NO相类似的调节方式，但其调节效应明显弱于NO。使用CaSO_4和EGTA处理发现Ca~(2+)在NO诱导的渗透胁迫下两种芦苇愈伤组织中脯氨酸累积的过程中也起关键性的介导作用。

【关键词】：一氧化氮 氧化损伤 芦苇 脯氨酸 脱落酸
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：Q945
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