植物愈伤组织对高温胁迫的生理响应及G6PDH对高温适应的调节机理研究

【摘要】：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH)为生物体内的生化反应提供NADPH还原力及调节细胞内的氧化还原状态。本文以马尿泡和烟草愈伤组织为材料,研究了两种愈伤组织对高温胁迫的生理响应,并进一步探讨了G6PDH在高温胁迫生理响应中的调节作用及其信号转导机制。主要获得了如下结果： 马尿泡和烟草愈伤组织在40℃高温胁迫下,随胁迫时间增加相对生长率和细胞活力逐渐降低,离子渗漏率和膜质过氧化程度逐渐增加,H2O2含量、可溶性糖含量和抗氧化酶APX、CAT、POD和SOD的活性也在不同胁迫时间内被诱导至最高水平。两种愈伤组织对高温胁迫的生理响应有一定差异,在相同胁迫时间时,马尿泡愈伤组织的离子渗漏率和膜质过氧化程度高于烟草愈伤组织,相对生长率和细胞活力均低于烟草愈伤组织。与此同时,马尿泡愈伤组织的／APX、CAT、POD和SOD等抗氧化酶的活性均低于烟草愈伤组织。由此表明,高温胁迫下烟草愈伤组织保持较高的抗氧化酶活性是其比马尿泡愈伤组织具有较强的耐热性的主要原因。 马尿泡和烟草愈伤组织G6PDH的活性被高温胁迫诱导。高温胁迫下当G6PDH的活性被氨基葡萄糖(Glucm)抑制后,与单独高温胁迫相比,两种愈伤组织的相对离子渗漏率和膜质过氧化程度明显增加,相对生长率和细胞活力也明显降低。由此表明,G6PDH参与两种愈伤组织的耐热性。 当G6PDH的活性被抑制后,高温诱导的马尿泡和烟草愈伤组织的APX、 CAT、POD和SOD等抗氧化酶的活性均不同程度的被抑制；同时,高温诱导的H2O2积累和NADPH氧化酶活性也降低。外源H2O2处理,诱导了两种愈伤组织G6PDH和APX、CAT、POD和SOD等抗氧化酶的活性。用NADPH氧化酶的抑制剂DPI处理两种愈伤组织,发现高温诱导的H2O2积累水平也有所降低,由此说明,NADPH氧化酶参与高温诱导的H2O2的积累；同时,发现DPI处理也抑制了高温诱导的APX、CAT、POD和SOD等抗氧化酶的活性,这与G6PDH的活性被抑制后的影响类似。进一步研究发现,外源H202处理对由Glucm引起的G6PDH和部分抗氧化酶活性的降低的恢复也是有效的。 Western-blotting分析表明,高温和外源H2O2处理,增加了G6PDH蛋白的表达量,而Glucm和DPI处理降低了高温诱导的G6PDH蛋白的表达量,H2O2处理也部分恢复了Glucm单独处理对G6PDH蛋白表达量的降低。由此显示,G6PDH蛋白表达量与G6PDH活性相一致,表明高温诱导的G6PDH的表达受翻译水平调控。 综上所述,烟草和马尿泡愈伤组织的耐热性与APX、CAT、POD和SOD等抗氧化酶的活性相关,较高的抗氧化酶的活性水平决定了较强的耐热性。G6PDH参与两种愈伤组织耐热性的调节,高温胁迫下G6PDH被诱导而促进NADPH氧化酶介导的H2O2的积累,H2O2水平的升高激活抗氧化酶的活性,而抗氧化酶的活性的升高反过来降低H2O2水平,来维持细胞内稳定的H202水平而保护细胞免受氧化伤害。