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一氧化氮提高小麦幼苗耐盐性及其分子机制研究

阮海华

  从叶绿素、MDA和质膜相对透性3个方面的变化证实了0.1和1mmol/L的一氧化氮(nitric oxide,NO)供体硝普钠(sodiumnitroprusside,SNP)分别对150和300mmol/L NaCl胁迫下的小麦(Triticum aestivum.L)幼苗叶片氧化损伤具有明显的缓解效应。与盐胁迫单独处理相比,0.1和1mmol/L SNP处理分别显著诱导了150和300mmol/L NaCl胁迫下小麦叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)及抗坏血酸过氧化物酶(APx)活性的上升,从而延缓了由于盐胁迫而导致的O_2~(·-)和H_2O_2的大量积累,但是对POD的活性变化影响不明显。此外,除了活性氧清除酶,谷胱甘肽同样参与了外源NO对盐胁迫下小麦幼苗抗氧化能力的调节。150和300mmol/L NaCl胁迫处理均不同程度的降低了小麦幼苗叶片还原型谷胱甘肽(GSH)的含量,同时增加了氧化型谷胱甘肽(GSSG)的含量;而与盐胁迫单独处理相比较,外源NO供体处理显著地提高了盐胁迫下小麦幼苗叶片GSH的含量,而对GSSG的含量无显著影响。更为重要的是,通过分析GSH:GSSG的比例发现,外源NO供体处理显著地提高了盐胁迫下小麦幼苗叶片GSH:GSSG比率。进一步的研究表明,这可能与外源NO诱导盐胁迫下小麦幼苗叶片谷胱甘肽还原酶(GR)的活性有关。同时,外源NO供体处理同样促进了谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的活性,参与降解由于盐胁迫而过量产生的过氧化产物,完成细胞解毒功能。为了进一步详细阐明NO作用的专一性以及揭开NO在盐胁迫条件下复杂的调节机制,下文着重以150 mmol/L NaCl胁迫为例,从表观形态、植株鲜重、生长速率、相对含水量等方面进行相关研究。结果表明,0.1mmol/L SNP处理显著缓解了150 mmol/LNaCl胁迫对小麦幼苗生长造成的抑制效应,提高了小麦幼苗的鲜重和生长速率,并且显著缓解了由于盐胁迫而导致的小麦幼苗水分丧失。进一步结合1mg/ml血红蛋白(NO专一性抑制剂)处理发现,血红蛋白处理显著逆转了SNP诱导的上述效应,消除了SNP对盐胁迫下小麦幼苗叶片叶绿素的保绿作用,而利用亚硝酸钠和铁氰化钾作为一氧化氮提高小麦幼苗耐盐性及其分子机制研究对照的实验也证实了外源N0对小麦幼苗耐盐性具有专一性的调节作用.进一步的研究表明,外源NO显著提高T 150 mmol/L NaCI胁迫下小麦幼苗根部质膜H’一^TPase和焦磷酸酶的ATP水解活性,为盐害逆境下的植物生长提供必需的能量.但对盐胁迫下小麦幼苗根部的跨膜H’转运则没有显著影响.应用外源CaSO;和Ca2.鳌合剂EGTA处理均证实Ca’+在N0诱导的盐胁迫下小麦幼苗根部质膜H+一ATPase和焦磷酸酶活性升高的过程中起关健性的介导作用.通过研究外源N0对盐胁迫下小麦幼苗根部离子含量的影响发现,与盐胁迫单独处理相比,N0对Na’含量未表现明显变化,但却显著地提高了盐胁迫下小麦幼苗根部K+含量以及K‘/Na‘比率,其中K+含量的提高有助于质膜H+一ATPase活性的激活,而K’/Na’比率亦可作为信号分子诱导植物盐胁迫适应性反应,这可能也是N0提高小麦幼苗耐盐性的原因之一此外,植物在盐胁迫条件下诱导各种生理生化反应来适应逆境,例如可溶性渗透调节物质脯氛酸的累积.首先,本研究以小麦为材料,在活性测定的基础上进行改进,建立了小麦叶片脯氨酸脱氢酶(ProDH)同工酶电泳活性染色方法,具有操作简单、结果直观的优点,克服了其在酶活性测定过程中由于异硫氛酸甲醋在水溶液中的颜色变化而引起的酶活性测定结果误差大,平行性差的缺点.进一步的研究证实,外源N0供体处理对盐胁迫下小麦叶片脯氛酸的调节因浓度不同而异,0 .1一lmluol/L的sNP处理促进脯氛酸的累积而Sllunol/L SNP处理则表现为明显的抑制作用。N0专一性清除剂c一PTIO和血红蛋白处理均明显逆转了上述SNP的诱导效应,证实了低浓度外源NO诱导盐胁迫下小麦幼苗叶片脯氛酸累积的专一性作用.已经知道,脱落酸(ABA)在植物遭受盐胁迫的适应性反应发生过程中具有多重作用,其中诱导脯氨酸的累积也是一个重要的方面.基于此,本文重点研究了N0对盐胁迫下小麦幼苗叶片ABA含量的影响及其在ABA诱导的盐胁迫下脯氛酸累积的信号转导途径中的功能.结果发现,外源N0显著激活了盐胁迫下小麦幼苗叶片内源ABA的合成,并在ABA诱导的盐胁迫下小麦叶片脯氨酸累积的过程中作用于ABA的下游,且N0和ABA信号分子在此诱导反应过程中不存在累加效应.通过分析植物体内控制脯氛酸合成和降解的酶促反应途径发现,盐胁迫条件下外源N0诱导小麦幼苗叶片脯氨酸累积的关健酶随处理时间的不同而异,外源N0处理4d以前主要是通过提高脯氨酸合成酶(PSCS)的活性来促进脯氨酸的累积,而外源N0处理4d后则主要是通过抑制Pr oDH的活性来抑制脯氨酸的降解,进而促进脯氛酸的累中文摘要积.而ABA对于PscS和ProDH显示了与NO相类似的调节方式,但其调节效应明显弱于NO.此外,利用外源CaSO。和Ca’+通道阻断剂LaCI,处理发现Ca’‘在N0诱导的盐胁迫下小麦叶片脯氛酸累积的过程中也起关键性的介导作用.……   
[关键词]:小麦(Triticum aestivum L.);一氧化氮;盐胁迫;耐盐性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2004年