外源—氧化氮缓解旱害小麦幼苗的氧化伤害与促进侧根生长的研究

论文摘要

一氧化氮（nitric oxide，NO）是一种全新的植物生长调节物质，参与了植物的生长、发育、抗病、抗逆等生理过程。本实验选用小麦为材料，以15％PEG模拟干旱胁迫，研究探查了外源NO供体硝普钠（sodium nitropusside，SNP）对模拟干旱胁迫下的小麦（Triticum aestivum L．cv．）幼苗叶片和根系生长的影响，并较深入地探讨了合适浓度SNP处理后的氧化防护和促进根系生长的作用及相关机理。结果显示，连续四天干旱胁迫处理的小麦（扬麦158，Yangrnai158 cv．）幼苗（三叶一心）叶片膜透性增大、膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量增加、超氧阴离子(O2.-)产生速率和过氧化氢（H2O2）含量提高。期间若施加不同浓度的SNP（0.1 mmol／L和0.5 mmol／L），则有不同的现象发生：0.5 mmol／L SNP的添加处理对膜脂过氧化产物MDA等含量的变化与干旱胁迫对小麦幼苗叶片膜脂过氧化产物的影响趋势相似；而0.1 mmol／L SNP的添加则明显降低了相应膜脂过氧化产物的产生速率和含量，同时膜脂过氧化启动酶脂氧合酶（LOX）活性受到显著抑制，而关键防御酶超氧化物歧化酶（SOD）活性显著升高，处理三天时，过氧化氢酶（CAT）的活性也开始呈上升趋势。这显示低浓度SNP（0.1 mmol／L）的添加处理对膜脂过氧化相关酶LOX、SOD和CAT的活性调节方式有所不同，对LOX的活性调控在处理期间一直呈抑制状态，对SOD的活性调控则一直呈促进状态，而对CAT的作用则先抑制后促进。研究表明干旱胁迫导致的小麦幼苗叶片的膜脂过氧化能够被SNP处理所缓解，这种缓解作用是通过SNP对几种氧化与防氧化相关酶LOX、SOD和CAT的调控来完成的。对自然生长的小麦（扬麦158，Yangrnail58 cv．）幼苗（一叶一心）进行干旱胁迫处理，同时添加一系列浓度的SNP（0，25，50，100，200，400μmol／L），发现25μmol／L是最适宜的对小麦幼苗侧根生长有促进作用的SNP浓度，50μmol／L CPTIO添加之后SNP对小麦幼苗侧根的促进作用被抑制，由于CPTIO是NO的专一性清除剂，这从而说明干旱条件下添加SNP对小麦幼苗侧根生长的促进归因于NO的作用。干旱条件下添加一定浓度的SNP之后，再添加50μmol／L SHAM或NDGA（SHAM和NDGA是JAs生产代谢途径的抑制剂），小麦幼苗根部的JAs含量降低，NO对小麦幼苗侧根发育和根毛浓度的促进同时被抑制，这表明茉莉酸类物质（JAs）介导了NO对小麦幼苗侧根发育和根毛浓度的促进过程。由于NDGA是LOX（JAs代谢关键酶）的专一性抑制剂，因而NDGA的添加对内源JAs含量及JAs介导侧根生长的影响是通过调控LOX的活性实现的。另外，对避光生长的两种小麦（扬麦158，Yangmai158 cv．，干旱敏感性小麦；豫麦18，Yumai18 cv．，耐旱性小麦）幼苗（一叶一心）进行干旱处理，结果显示干旱胁迫下两种小麦幼苗的侧根发育也有所改善，经CPTIO的添加实验证实这种改善也归因于NO的作用，并且同样的处理条件下两种小麦幼苗中的LOX活性也发生了变化推测LOX在其中也发挥了作用。对不耐旱的扬麦158来说，200μmol／L是NO供体SNP处理的适宜浓度，而NO促进豫麦18幼苗侧根发育适宜SNP浓度为100μmol／L，这说明NO供体SNP的最适浓度与植物材料对干旱胁迫的敏感性有关即与材料的品种有关。综合干旱条件下NO对自然生长和避光培养的小麦幼苗根系的促进结果可以看出，NO供体SNP的最适处理浓度还与材料的生长条件、培养方式有关。本研究表明，NO供体SNP的应用能够减轻干旱胁迫条件下小麦幼苗叶片的膜脂过氧化，这种对小麦幼苗所遭受的干旱胁迫的缓解作用是通过对氧化与抗氧化相关酶的调节完成的；NO供体SNP的添加处理能够促进干旱条件下小麦幼苗的根系生长，这种作用受内源JAs的介导和LOX的调控并与所选用的实验材料的品种和生长条件有关。总之，外源NO的添加处理能够缓解干旱胁迫条件下小麦幼苗所受的氧化伤害、促进干旱胁迫条件下小麦幼苗的根系生长，以提高小麦幼苗对干旱的耐受能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语词汇表
• 引言
• 文献综述
• 1 干旱胁迫研究
• 2 一氧化氮简介
• 2.1 NO的理化生物学性质
• 2.2 动物体内NO的来源、作用途径及其作用机制
• 2.3 植物体内NO的来源、作用途径及其作用机制
• 3 脂氧合酶简介
• 第一章 SNP缓解干旱胁迫下小麦幼苗叶片的氧化伤害
• 第一节 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片氧化伤害的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同浓度SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片膜脂过氧化的影响
• 2.2 干旱胁迫下SNP对小麦幼苗叶片LOX活性的影响
• 2^·-产生速率、H₂O₂、MDA含量和质膜相对透性的影响'>2.3 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片O₂^·-产生速率、H₂O₂、MDA含量和质膜相对透性的影响
• 2.4 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片SOD活性的影响
• 2.5 干旱胁迫下SNP对小麦幼苗叶片脯氨酸含量的影响
• 3 讨论
• 第二节 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片氧化与抗氧化相关酶的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 不同浓度PEG处理下的小麦幼苗表型
• 2.2 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片LOX活性及其同工酶的影响
• 2.3 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片SOD活性及其同工酶的影响
• 2.4 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗叶片CAT活性及其同工酶的影响
• 2.5 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗表型的影响
• 3 讨论
• 第二章 NO通过内源JA介导促进干旱胁迫下小麦幼苗侧根生长发育
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 SNP对干旱胁迫下小麦幼苗根系的影响
• 3^-/NO₂^-添加处理后小麦幼苗侧根数量的变化'>2.2 CPTIO、NO₃^-/NO₂^-添加处理后小麦幼苗侧根数量的变化
• 2.3 SNP、CPTIO处理后小麦幼苗根中JAs含量的变化
• 2.4 SHAM、NDGA添加处理后对NO诱导小麦幼苗侧根数量增加的影响
• 3 讨论
• 第三章 SNP对干旱胁迫下两种小麦幼苗生长发育的影响
• 第一节 干旱胁迫对两种小麦幼苗叶片几种酶的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 干旱胁迫对两种小麦叶片内酯酶活性的影响
• 2.2 干旱胁迫对两种小麦叶片内过氧化物酶活性的影响
• 2.3 干旱胁迫对两种小麦叶片内脂氧合酶活性的影响
• 2.4 干旱胁迫对两种小麦叶片内超氧化物歧化酶活性的影响
• 2.5 干旱胁迫对两种小麦叶片内过氧化氢酶活性的影响
• 2.6 干旱胁迫对两种小麦叶片内蛋白水解酶活性的影响
• 2.7 干旱胁迫下两种小麦幼苗叶片内总可溶性蛋白的变化
• 3 讨论
• 第二节 SNP对干旱胁迫下两种小麦幼苗生长的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 SNP对干旱胁迫下扬麦158小麦幼苗表型的影响
• 2.2 不同浓度SNP处理条件下两种小麦幼苗苗长的变化
• 2.3 不同浓度SNP处理条件下两种小麦幼苗总根长度的变化
• 2.4 不同浓度SNP处理条件下两种小麦幼苗须根长度的变化
• 2.5 不同浓度SNP处理条件下两种小麦幼苗侧根数量和长度变化
• 2.6 CPTIO对两种小麦幼苗侧根长度的影响
• 2.7 不同浓度SNP处理条件下两种小麦幼苗根LOX活性变化
• 3 讨论
• 第三节 SNP处理对扬麦158小麦幼苗体内LOX的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与分析
• 2.1 小麦幼苗叶片LOX活性在两种处理条件下5天内的变化
• 2.2 小麦幼苗叶片LOX活性在处理后9天内的变化
• 2.3 小麦幼苗根中的LOX活性在处理后9天内的变化
• 3 讨论
• 全文结论
• 存在的问题及展望
• 创新之处
• 攻读学位期间以第一作者发表的论文
• 致谢