外源施加甲基乙二醛和硫化氢对镉胁迫旱柳抗氧化系统活性及抗逆基因表达的影响

发布时间：2020-06-01 12:47

【摘要】：重金属镉污染问题日益严重,超标的镉在土壤中不仅影响植物的生长,更能通过食物链最终影响人类健康。为研究旱柳在镉(Cd)胁迫条件下外源施加甲基乙二醛(MG)和硫化氢(H_2S)供体硫氢化钠(NaHS)的生理及相关基因表达的响应情况,本试验设置了CK、150 mg·kg~(-1) Cd、1.5 mmol·kg~(-1) MG、Cd+MG、50 mg·kg~(-1)NaHS、Cd+NaHS、MG+NaHS、Cd+MG+NaHS八个处理组,分别在处理的20d和40d采集样品,测定了旱柳的株高、叶面积、以及处理40d时旱柳根茎叶的Cd含量,旱柳叶片中测定了过氧化氢(H_2O_2)含量、超氧自由基(O_2~(.-))的产生速率、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、单脱氢抗坏血酸氧化酶(DHAR)、脱氢抗坏血酸氧化酶(MDHAR)活性、硫化氢(H_2S)、丙二醛(MDA)及脯氨酸(Pro)含量,也检测了旱柳叶片中抗氧化酶类的基因表达情况(SOD、CAT、APX、GR)、金属硫蛋白(MTs)、植物螯合肽合成酶(PCS)、ABC转运蛋白B型(ABCB)的基因表达水平。结果表明:1.镉胁迫下显著抑制了旱柳株高、叶面积的增量,而在镉胁迫下外源施加NaHS、MG使旱柳株高及叶面积增量对照组无显著性差异。旱柳在镉胁迫下,重金属在根茎叶中的积累量为根叶茎,镉胁迫下外源施加MG、NaHS降低了根细胞对镉离子的吸收,减缓镉对旱柳的毒害作用。2.镉胁迫条件下H_2O_2含量O_2~(.-)的产生速率均显著高于对照,而在镉外源施加MG、NaHS条件下显著降低了细胞内的ROS水平。镉处理条件下,细胞内AsA、GSH含量降低,DHA、GSSG含量上升,镉胁迫下旱柳叶片中抗氧化系统酶SOD、CAT、APX、DHAR、MDHAR、GR的活性均显著升高,镉胁迫下外源施加MG、NaHS提高了抗氧化酶CAT、GR、MDHAR的活性,从而减轻了镉对旱柳的氧化胁迫。镉胁迫下增加了旱柳叶片中MDA的含量,外源施加MG、NaHS降低了细胞内MDA含量,减缓了细胞的膜脂过氧化程度。镉胁迫增加了细胞内Pro、MDA的含量,处理40d时外源施加MG、NaHS增加了细胞内Pro含量。3.在镉胁迫条件下,发现SOD、CAT、APX、GR的基因表达量显著上调,镉胁迫下外源施加NaHS上调了CAT、APX的表达量,外源施加MG与镉处理组相比上调了GR、SOD的表达量。镉胁迫下旱柳叶片中与金属螯合机制相关的基因包括MTs、PCS、ABCB的表达量均显著上调,镉胁迫下外源施加MG与镉处理组相比上调了MT1A,镉胁迫下外源施加NaHS与镉处理组相比上调MT1A、PCS的表达量。镉胁迫下外源施加MG和NaHS,与镉处理组相比MT1A、MT2A、MT2B、ABCB的表达量均显著上调。综上所述,镉胁迫增加了细胞内ROS水平,MDA、Pro含量、提升抗氧化系统酶活性,镉处理下外源施加MG、NaHS提升了细胞内抗氧化系统酶活性,以清除细胞内过多的ROS,降低细胞内的膜质过氧化程度,减缓氧化胁迫。镉胁迫下细胞内SOD、CAT、APX、GR的基因表达量均显著上调,外源施加MG、NaHS不同程度的上调了抗氧化系统酶基因的表达量。镉胁迫下细胞内MTs、PCS、ABCB的基因表达量上调,缓解重金属的胁迫。
【图文】：

镉胁迫,外源,镉处理,处理组

MG nd nd ndCd+MG 706.67±81.94b 238.63±20.72a 404.58±36.41aNaHS nd nd ndCd+NaHS 533.75±99.81c 152.21±7.75b 323.92±70.80abMG+NaHS nd nd ndCd+MG+NaHS 709.79±57.64a 234.42±12.27a 228.83±30.07b2.3.3 外源施加 H2S 和 MG 对镉胁迫下旱柳叶片中活性氧水平的影响由图 2-1 可得，H2O2含量在处理第 20 天和第 40 天，镉处理条件下与对照相比 H2O2含量显著(P㩳0.05)升高了 98.69%和 95.6%，Cd+MG 处理组与 Cd 处理相比 H2O2含量在第 20 天和第 40 天分别显著(P㩳0.05)降低了 17.2%和 30.5%，Cd+NaHS 处理组与镉处理组相比 H2O2含量在第 20 天和第 40 天分别显著(P㩳0.05)降低了 29.34%和 32.5%，Cd+MG+NaHS 处理组与镉处理组相比 H2O2含量分别显著(P㩳0.05)降低了 28.96%和 18.6%，表明外源施加 MG、NaHS 降低了镉胁迫下旱柳叶片中的过氧化氢含量。

叶片,镉胁迫,外源,镉处理

图 2-2 外源施加 H2S 和 MG 对镉胁迫旱柳叶片中 H2O2的组织化学染色如图 2-2 所示，对叶片中 H2O2进行组织化学染色，显示了叶片中 H2O2的积累情况。在处理的 20d 和 40d 镉处理组的旱柳叶片出现了明显的黑褐色斑点，而在 CK、MG、NaHS、MG+NaHS 处理组基本未出现或出现少许黑褐色斑点，，Cd+MG、Cd+NaHS、Cd+MG+NaHS 处理组叶面黑色斑点明显少于镉处理组，同时处理 40d 各处理组叶片中 H2O2积累量均高于 20d 处理组。由图 2-3 可得，O2.-的产生速率在处理第 20 天和第 40 天，镉处理条件下与对照相比 O2.-的产生速率显著(P㩳0.05)升高，Cd+MG 处理组与 Cd 处理相比 O2.-的产生速率在第 20 天和第 40 天分别显著(P㩳0.05)降低了 14.6%和 24.77%，Cd+NaHS处理组与镉处理组相比O2.-的产生速率在第20天和第40天分别显著(P㩳0.05)降低了 9.9%和 47.5%，Cd+MG+NaHS 处理组与镉处理组相比 O2.-的产生速率分别显著(P㩳0.05)降低了 15.0%和 45.0%，而不添加镉的处理组之间的 O2.-的产生速率在 20d 和 40d 均无显著性差异。
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S792.12;X53

【参考文献】