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过氧化氢在合作杨苗木诱导防御性反应中的作用

安钰  
【摘要】: 本文以合作杨(Populus simonii×P. pyramidalis cv.‘Opera 8277’)为实验材料,采用杨扇舟蛾(Clostera anachoreta Fabricius)幼虫取食、机械损伤及外源抑制剂的处理方式,检测了昆虫取食前后合作杨防御相关基因的差异表达情况、受损伤叶片及其邻近上、下位叶片中过氧化氢(H2O2)含量及相关抗氧化酶和防御酶活性的变化情况,探讨了机械损伤和昆虫取食诱导合作杨防御反应产生的机制,重点分析了H2O2作为信号分子的作用及其信号转导过程中与其它信号分子之间的相互关系,对揭示木本植物诱导抗性形成的机理,开发森林病虫害防治的新方法具有重要的意义。主要结果如下: 1.杨扇舟蛾取食可以诱导合作杨叶片中大量与防御相关的基因差异表达。其中活性氧迸发相关的基因(NADPH氧化酶、过氧化物酶、抗坏血酸过氧化物酶和超氧化物歧化酶基因等)及信号传递途径相关的基因(脂氧合酶、氢过氧化物裂解酶、苯丙氨酸裂解酶基因等)均被明显诱导上调。而与乙烯相关的基因如ACC合成酶基因的表达均表现出明显的下调,这表明乙烯途径受到了抑制。 2.机械损伤和昆虫取食均能诱导合作杨叶片中H2O2的积累,同时在处理叶邻近上、下位叶片中H2O2变化趋势与处理叶片相似。用DAB染色的方法观察到合作杨损伤叶片及其同株未受损叶片中都出现红褐色沉淀,主要分布在伤害位点,随后扩散到叶脉及附近叶肉细胞中。这表明无论是昆虫取食还是机械损伤都可以诱导合作杨植株H2O2系统性产生。 3.合作杨在受到昆虫取食和机械损伤后,不仅处理叶片中O2-.和H2O2含量在短期内迅速升高,出现了氧化迸发,且处理叶邻近上、下位的叶片中O2-.和H2O2含量也出现了升高,随后开始下降。与之相应的,MDA含量也呈升高趋势,表明机械损伤和昆虫取食均在一定程度上引起合作杨叶片膜脂过氧化。相应地,合作杨的处理叶及其邻近上、下位叶片中抗氧化酶类SOD、CAT、APX和POD活性和防御酶类PAL和PPO活性明显升高。表明了在合作杨植株中H2O2可作为信号分子诱导伤害防御反应系统的产生,同时降低了膜脂过氧化水平,减轻活性氧损伤,并且保持了活性氧与清除活性氧的酶类之间的动态平衡。用DPI和NaN3处理合作杨叶片后再进行伤害处理,实验结果显示,两种抑制剂对合作杨损伤叶中O2-.和H2O2含量及抗氧化酶活性均具有抑制作用。DPI对活性氧和抗氧化酶(除了POD)的抑制作用高于NaN3,因此推测质膜NADPH氧化酶可能是H2O2形成的关键酶,介导了合作杨防御反应中H2O2的积累。 4.利用SA处理合作杨叶片,发现SA能明显促进合作杨损伤叶片中O2-.和H2O2含量的增加,并对合作杨损伤叶片中四种酶SOD、CAT、APX和POD活性具有抑制作用。因此,在合作杨的伤害胁迫反应中,SA可能是通过抑制抗氧化酶的活性,使伤害信号分子H2O2获得积累,由H2O2传递伤害信号,诱导了合作杨的伤害防御反应。推测在诱导合作杨的防御反应中,H2O2可能位于SA下游起作用。 5.钙信号是植物细胞信号传递中重要的第二信使。利用EGTA和LaCl3处理合作杨叶片,实验结果表明EGTA和LaCl3处理减缓了损伤叶中O2-.和H2O2含量上升,同时损伤叶片中四种酶SOD、CAT、APX和CAT活性都有了较为明显的降低。表明Ca2+可能参与损伤诱导的O2-.和H2O2积累及抗氧化酶活性调节过程,推测Ca2+可作为ROS的上游信号起作用。并且从抑制剂的抑制效果来看,EGTA较LaCl3效果更为显著。 综上所述,合作杨在受到昆虫取食后,可诱导大量防御相关基因的差异表达;H2O2可以系统性产生并作为信号分子参与了合作杨的伤害防御反应,同时信号分子H2O2、SA、Ca2+之间可能存在复杂的相互关系,这种相关性在诱导合作杨的防御反应中起重要的调控作用。


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