外源一氧化氮促进小麦种子萌发及其信号作用机制研究

【摘要】：一氧化氮(Nitric oxide,NO)供体硝普钠(Sodium nitroprusside,SNP)能明显促进渗透胁迫下小麦种子的吸胀、萌发和胚芽胚根的生长,加速贮藏物淀粉降解为还原糖及可溶性小分子糖类;胁迫解除后,仍能维持种子较高的活力从而有利于幼苗的生长。进一步研究发现,SNP还能明显诱导胁迫下种子淀粉酶活性的上升,轻微提高蛋白水解酶活性,加速淀粉胚乳的液化或溶解,而SNP对酯酶影响不大。在探察NO对渗透胁迫下小麦种子萌发过程中抗氧化代谢时发现,一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)能显著诱导渗透胁迫下CAT(catalase)、APX(acorbate peroxidase)活力的上升和脯氨酸含量积累,抑制LOX(lipoxygenase)活性,降低H_2O_2与MDA(malondialdehyde)的含量,从而提高渗透胁迫下小麦种子萌发过程中抗氧化能力,为种子的正常萌发提供一个良好的细胞内环境。 有意思的是,在小麦种子正常萌发早期,SNP处理使可以显著诱导内源葡萄糖、果糖和蔗糖含量的上升;进一步采用各种糖和SNP,并结合NO清除剂处理小麦种子,发现糖信号可能也介导了萌发早期小麦种子中淀粉酶的激活机制,且与NO之间存在着对话(Cross-talk)现象。而且在正常萌发条件下NO诱导切胚半粒小麦种子萌发早期(6h)的淀粉酶活力上升可能与GA_3无直接相关。并对NO诱导小麦种子淀粉酶活力的可能信号作用机理及其与GA、糖信号通路的关系进行了探讨。 进一步研究外源一氧化氮(NO)与赤霉素(GA)对小麦种子萌发早期(12h)淀粉酶调控的信号机制发现,在萌发早期(12h内),α-淀粉酶和β-淀粉酶都不受GA所调控;而β-淀粉酶对NO存在着快速应答现象,但是,α-淀粉酶却没有这种应答关系。NO诱导β-淀粉酶活性的迅速上升可能与游离态β-淀粉酶聚合体的解聚以及结合态β-淀粉酶的直接释放有关;而NO促进的蛋白水解酶活性的轻微上升,对β-淀粉酶的激活或释放没有贡献;而且NO对β-淀粉酶单体也没有激活效应。此外,我们的研究结果还表明,β-淀粉酶对NO的快速应答现象同样存在于其它物种,如大麦、大豆、水稻、西瓜、抑南芥等种子的萌发早期,暗示了β-淀粉酶对NO的快速应答可能是种子萌发早期的一个普遍机制。