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外源水杨酸缓解镉对水稻毒害的生理机制

郭彬

   采用一系列水培试验研究了浸种和外施水杨酸(SA)对镉(Cd)胁迫下水稻(嘉花1号)种子萌发、生长、离子吸收、光合作用、抗氧化系统、Cd在根中的亚细胞分布以及在分根试验中对水稻蒸腾作用、Cd的运移累积的影响。主要研究结果如下。 一、SA浸种对Cd胁迫下水稻种子萌发和幼苗生长的影响 0.5mMSA浸种和25μMCd处理均显著提高了水稻种子的发芽率,而1.0mMSA和50μMCd处理则显著降低了种子的发芽率。在种子发芽第3至4天时低浓度SA或Cd处理显著提高了种子的发芽势,而在7天时,发芽势显著降低。0.5mMSA浸种缓解了50μMCd对苗期水稻地上部生长的抑制作用。而在分蘖期时,0.5mM及1.0mM浓度SA浸种对Cd胁迫下水稻生物量均无明显影响。 二、Cd胁迫下外源SA预处理对水稻元素吸收的影响 水稻分蘖期时,10μM SA预处理缓解了Cd对水稻生长的抑制,而100μM SA则进一步抑制了水稻的生长。Cd显著降低了水稻根部K、P浓度,对Ca、S浓度无明显影响。Cd胁迫下,10μMSA显著提高了根部P、S浓度,但进一步降低了根中K浓度。100μM SA预处理显著降低了地上部K浓度及根部Ca浓度。不同浓度SA预处理并没有降低Cd在根部及地上部的累积。说明SA预处理缓解了Cd对生长的抑制可能是增加水稻对Cd的耐性的结果 三、外源SA对Cd在水稻根部亚细胞分布的影响 单独10μM SA预处理和单独50μM Cd处理均不同程度的提高了水稻根部细胞壁的含量,苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)活性,H_2O_2、木质素以及非蛋白巯基(NPT)含量。SA预处理没有影响Cd在细胞壁的分布,也降低Cd进入细胞的量。但SA降低了Cd胁迫诱导的H_2O_2累积和丙二醛(MDA)升高,说明SA缓解了Cd对水稻根部造成的氧化伤害。 四、外源SA缓解Cd对水稻根部氧化损伤的机理 50μM Cd处理6天内,水稻根部超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)以及过氧化物酶活性及根系活力显著下降;而H_2O_2、MDA、抗坏血酸(AsA)、谷光苷肽(GSH)以及NPT的含量显著上升。10μM SA预处理在第6天时显著缓解了Cd对水稻根部生长以及对SOD、CAT和POD酶活性的抑制,并且与单独Cd处理相比,Cd胁迫下SA显著地提高了水稻根部AsA,GSH和NPT含量及根系活力,减轻了根部H_2O_2的累积及其造成的膜脂过氧化伤害。 五、Cd胁迫下外源SA对水稻光合作用的影响 Cd处理使水稻叶片净光合速率(Pn)下降,气孔导度(Gs)及蒸腾速率(Tr)降低,而使细胞间隙CO_2浓度(Ci)在Cd处理1天时下降,处理后期上升。SA预处理缓解了Cd对水稻Pn、Gs、Tr、及叶绿素含量及叶绿素a/b的抑制。 六、分根试验条件下外源SA调控水稻响应Cd胁迫的机制 分根处理中受Cd胁迫根部的Cd浓度、Cd的吸收速率、生长抑制程度、H_2O_2水平以及细胞死亡程度均高于全根处理,而未受Cd胁迫根的生长速率显著高于对照。分根处理下Cd由胁迫根运移至非胁迫根中,并从非胁迫根端释放到外界环境中。分根处理中受Cd胁迫根对P的吸收速率低于全根Cd处理。分根Cd处理水稻蒸腾速率高于全根Cd处理。随着Cd胁迫时间的延长,无论是分根Cd处理还是全根Cd处理,其受Cd胁迫根部中的SOD、POD以及CAT酶活性显著下降,而这3种酶在未受胁迫根中则上升趋势。Cd胁迫使水稻根部及地上部GSH和NPT含量增加。分根条件下SA预处理与未SA预处理相比,缓解了Cd对水稻生长的抑制作用,提高了蒸腾速率,以及向非胁迫根部位Cd的迁移量。但这种缓解作用不是由于抑制了水稻对Cd的吸收,是可能是与其提高水稻体内抗氧化系统活性进一步促进水稻体内NPT的合成量减轻Cd毒害有关。……   
[关键词]:;光合作用;抗氧化系统;离子吸收;水杨酸;亚细胞分布
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2006年