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菜用大豆种子对NaCl胁迫的生理响应研究

王聪  
【摘要】: 菜用大豆[Glycine max (L.) Merr.]是以幼嫩豆粒(R6-R7期)作为蔬菜食用的一种大豆,近年来,随着人们生活水平的提高,市场需求量不断增加,菜用大豆露地及保护地栽培面积也逐年增加。但随着土壤盐渍化和次生盐渍化的不断加重,菜用大豆的产量和品质受到严重影响。本研究通过对国内外搜集的15个菜用大豆品种进行耐盐性鉴定,从中选出2个耐盐品种和2个盐敏感品种,并通过试验确定了其NaCl处理的适宜浓度为100 mmol·L-1。随后,采用蛭石栽培,在100 mmol·L-1 NaCl胁迫下,对其中两个耐盐性不同的菜用大豆品种‘绿领特早’(耐盐)和‘理想高产95-1'(盐敏感)不同发育时期种子的膨大及生理生化特性进行了比较研究,同时研究了NaCl胁迫对菜用大豆种子中蛋白质表达的影响,旨在为菜用大豆耐盐机制的完善和深入研究奠定基础、为选育菜用大豆耐盐品种提供重要依据。主要研究结果如下: 耐盐品种‘绿领特早’的荚重、种子大小(长、宽、厚度)及重量的增加在整个NaCl处理期间均未受到显著影响,而盐敏感品种‘理想高产95-1'种子的膨大在胁迫后期(12、15 d)受到了显著抑制;与‘理想高产95-1'相比,‘绿领特早’种子中可溶性糖、淀粉、游离氨基酸、可溶性蛋白质及脂肪在胁迫期间均维持了相对较高的含量。这进一步说明‘绿领特早’具有较强的耐盐性。 NaCl胁迫下,耐盐品种‘绿领特早’种子中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)在胁迫期间能够较长时间维持较高活性,而‘理想高产95-1'则与之相反;‘绿领特早’的过氧化氢酶(CAT)活性较长时间无显著变化,胁迫12d时显著升高,而‘理想高产95-1'的CAT活性在胁迫6、15 d时显著降低;NaCl胁迫加速了两品种超氧阴离子(O2·-)的产生速率,导致了过氧化氢(H2O2)的过量积累,但‘绿领特早’种子中的O2·-产生速率及H202积累量均低于‘理想高产95-1';‘绿领特早’种子中丙二醛(MDA)含量在胁迫后期(12、15 d)显著升高,而‘理想高产95-1'在整个胁迫期间均维持了较高的MDA含量。说明NaCl胁迫下,耐盐品种‘绿领特早’种子较高的抗氧化酶活性对细胞膜起到了有效的保护作用。 ‘绿领特早’种子的抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性在NaCl胁迫3-12 d期间显著升高,‘理想高产95-1'的APX活性在胁迫3-9 d时显著升高,但增幅低于同期的‘绿领特早’,胁迫12、15 d时显著降低。伴随着APX活性的升高,‘绿领特早’的脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性分在在胁迫3-12 d、6-12 d期间大幅升高,而‘理想高产95-1'的DHAR活性只在胁迫3 d时高于对照,GR活性在胁迫6-15 d期间均显著低于对照。同时,耐盐品种‘绿领特早’种子中维持了较高的抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)含量,较低的脱氢抗坏血酸(DHA)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量以及较高的AsA/DHA值和GSH/GSSG值,而盐敏感品种‘理想高产95-1'则与之相反。说明耐盐品种‘绿领特早’种子在胁迫期间能够保持较高且相对协调平衡的APX、DHAR和GR活性,使AsA-GSH循环能够快速有效的运转,促进了AsA和GSH的再生,进而维持了较强的氧化还原力(AsA/DHA值、GSH/GSSG值)和高水平的抗氧化物质。这可能是其耐盐性较强的重要原因之一。 多胺是一类具有较强生理活性的低分子量脂肪族含氮碱,在植物抗逆反应中发挥着重要作用。NaCl胁迫下,与‘理想高产95-1'相比,‘绿领特早’种子积累了较高含量的游离态亚精胺(Spd)和精胺(Spm)以及较低含量的游离态腐胺(Put),维持了较低的游离态Put/PAs值和较高的游离态(Spd+Spm)/Put值;积累了较高含量的结合态Spd和Spm以及较高含量的束缚态Put和Spd。胁迫期间,‘绿领特早’的精氨酸脱羧酶(ADC)活性显著升高,而‘理想高产95-1'的ADC活性在胁迫后期显著降低。此外,‘绿领特早’的多胺氧化酶(PAO)活性在胁迫期间短暂性升高,而‘理想高产95-1'的PAO活性在整个胁迫期间均显著升高。说明维持较强的多胺合成能力以及游离态Put向游离态Spd和Spm、游离态多胺向结合态和束缚态多胺的转化能力对提高菜用大豆种子的耐盐性具有重要意义。 利用双向电泳(2-DE)技术对胁迫5d(花后15 d)时的种子蛋白质进行分离,并对2-DE图谱进行比较分析,发现NaCl处理下至少产生了28个差异表达蛋白,其中16个较对照显著上调,另外12个显著下调。利用基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)对其中6个丰度差异较大(丰度变化在2.5倍以上)的蛋白进行分析,通过数据库检索,从中鉴定出5个蛋白质,分别是大豆球蛋白前体G2、肌动蛋白、大豆球蛋白前体G2相似蛋白、类仅-微管蛋白和Kunitz型胰蛋白酶抑制剂,并对这些蛋白质在NaCl胁迫下可能的作用进行了讨论。结果表明,NaCl胁迫对菜用大豆种子膨大初期的蛋白质代谢产生了显著影响,肌动蛋白、类α-微管蛋白和Kunitz型胰蛋白酶抑制剂可能参与了对NaCl胁迫的应答反应。说明NaCl胁迫下种子在信号转导、抑制蛋白质水解等方面作出了积极响应,以降低NaCl胁迫对其造成的伤害。 NaCl胁迫对菜用大豆种子β-伴大豆球蛋白各亚基和大豆球蛋白各酸性肽的表达也产生了显著影响。研究表明,胁迫10 d时α、α'亚基及A1a、A4酸性肽的丰度均显著下调;胁迫15 d时α、β亚基及A4酸性肽的丰度均显著上调,A1a、A3酸性肽则显著下调;胁迫20 d时Ala的丰度显著上调,α、p、A2、A3、A4均显著下调。尽管有些亚基或多肽的丰度在个别时期显著升高,但大豆球蛋白的整体表达量在NaCl胁迫期间均显著下降。说明NaCl对菜用大豆球蛋白的积累在各个胁迫时期均有显著的抑制作用,且随着胁迫时间的延长受抑制的亚基及多肽增加。


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