褪黑素对小麦铝毒的缓解作用及其机理研究

发布时间：2020-11-08 13:51

　　 酸性土壤(pH5.5)约占全球30%的土地面积和50%的潜在可耕作土地面积。我国酸性土壤主要集中分布于南方15个省区,约占全国面积的22.7%。铝毒是酸性土壤中限制作物生长和产量提高的最主要因素。铝对植物毒害始于根系伸长受抑制,进而引发一系列生理代谢紊乱,限制根系对养分和水分的吸收,严重制约酸性土壤上的作物生产。虽然关于植物铝的毒害和耐性机制已有大量研究报道,但是关于植物对铝胁迫响应的信号调控机制仍不完全清楚。褪黑素是一类具有多效性的吲哚环类分子,参与了植物对干旱、盐害、重金属毒害等逆境胁迫响应的信号调控过程,但是关于褪黑素在植物对铝胁迫响应中的作用及调控机制尚不清楚。本论文以耐铝性差异显著的2个小麦基因型西矮麦1号(耐性)和扬麦5号(敏感性)为研究材料,围绕褪黑素(MT)在小麦铝胁迫下含量变化及其对铝毒的缓解作用、褪黑素对铝胁迫下小麦根尖抗氧化系统的影响、褪黑素对铝胁迫下小麦根尖细胞壁组分和性质的影响等方面开展研究。试验取得的主要结果如下:(1)研究了铝胁迫下2个小麦基因型(西矮麦1号和扬麦5号)根尖褪黑素含量的变化以及外源褪黑素处理对铝胁迫下小麦根系伸长、H2O2、O2·-的产生和氧化损伤的影响。结果表明,铝胁迫下2个小麦基因型根尖H2O2、O2·-、Evens blue吸收量、脂质过氧化(MDA含量)和蛋白质氧化程度均显著升高,且扬麦5号显著高于西矮麦1号。铝胁迫下2个小麦基因型根尖褪黑素含量显著提高,敏感性基因型扬麦5号提高了 16ng/g FW,而耐性基因型西矮麦1号中提高了 32ng/g FW,约为扬麦5号的2倍。外源褪黑素预处理可进一步提高铝胁迫下小麦根尖内源MT含量,并显著减少铝胁迫下小麦根尖活性氧的产生,降低根尖遭受的氧化损伤,缓解小麦根系伸长受铝的抑制程度,铝胁迫下外源MT处理的西矮麦1号和扬麦5号根系伸长率较铝单独处理约提高了 20%和16%。可见,铝胁迫可诱导小麦根尖褪黑素的积累,外源褪黑素可显著提高铝胁迫下小麦根尖内源褪黑素含量,减少小麦根尖活性氧的产生,降低根系遭受的氧化损伤,从而缓解小麦根系伸长受铝抑制的程度。(2)通过外源MT预处理,研究了 MT对铝胁迫下小麦根尖抗氧化系统的影响及其与小麦耐铝性的关系。结果表明,随着铝处理时间延长,2个小麦基因型根尖活性氧(ROS)荧光逐渐增强,且敏感性基因型扬麦5号产生时间更早、含量更高,MT预处理显著降低了小麦根尖ROS的产生。在铝处理6h时西矮麦1号根尖SOD、POD、CAT酶活性均显著提高,扬麦5号中POD活性显著提高;MT预处理可进一步增强铝胁迫下西矮麦1号根尖SOD、POD、CAT及扬麦5号根尖SOD和CAT活性。铝处理6 h时耐性基因型西矮麦1号根尖AsA和GSH含量上升,GSSG和DAH含量下降,同时AsA/DAH和GSH/GSSH显著提高,而敏感性基因型扬麦5号未见显著差异;MT预处理后显著降低了 2个基因型小麦根尖DAH含量,提高了 AsA、GSH含量以及AsA/DAH和GSH/GSSH比值。铝胁迫6h时2个小麦基因型根尖总抗氧化能力(FRAP)和自由基清除率(DPPH)均显著提高,而MT预处理进一步促进了小麦根尖总抗氧化能力(FRAP)和自由基清除率(DPPH)的提高。可见,外源褪黑素预处理可通过增强铝处理胁迫前期(6 h)小麦根尖SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性和还原型AsA、GSH等重要抗氧化物质含量,增强抗氧化活性(FRAP和DPPH)和维持根系氧化还原稳态(GSH/GSSG和AsA/DAH),抑制铝胁迫下根尖ROS的积累,从而缓解铝胁迫下小麦根系遭受的氧化损伤,增强小麦根系耐铝性。(3)通过外源MT预处理,研究了 MT对铝胁迫下小麦根尖细胞壁组分和性质的影响。结果表明,铝胁迫可显著提高小麦根尖铝含量,且敏感性基因型扬麦5号根尖积累量显著高于西矮麦1号;外源MT预处理可显著减少2个小麦基因型根尖铝含量,并显著缓解铝对2个小麦基因型根系伸长的抑制作用。铝胁迫显著提高了小麦根尖细胞壁果胶、半纤维素含量和果胶甲酯酶活性,外源MT预处理则显著降低小麦根尖果胶、半纤维素含量和果胶甲酯酶活性。铝胁迫可显著提高2个小麦基因型根尖苹果酸的分泌,且耐性基因型高于敏感基因型,但外源MT预处理对铝胁迫下小麦根尖苹果酸分泌无显著影响。可见,外源MT对小麦根系铝毒的缓解作用与其降低细胞壁组分果胶、半纤维素含量和果胶甲酯酶活性,进而减少小麦根系铝积累有关,而与其对有机酸分泌的影响无关。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S512.1
【部分图文】：

１．４．１褪黑素在植物体内的合成??Ｍｕｒｃｈ等（２０００）利用同位素示踪技术证实了褪黑素在植物体内的合成过程，??植物体内褪黑素合成与动物体内合成过程类似（图１－１），目前已克隆褪黑素合??成相关的酶。褪黑素合成主要包括四步连续的酶促反应（Ｋａｎｇ等，２０１１）。第??一步反应始于色氨酸，色氨酸经色氨酸脱羧酶（ＴＤＣ）催化生成色胺，ｒｚ＞ｃ已??在水稻、胡椒、烟草和辣椒中被克隆（Ｋａｎｇ等，２００８；?Ｐａｒｋ等，２００９）。由于??７Ｘ＞Ｃ表达水平很低，被认为是血清素（褪黑素前体）合成的瓶颈。第二步反应??主要在色胺５－羟化酶（Ｔ５Ｈ）催化下进行，催化色胺的５位碳的羟化形成血清素??（５－羟基色胺）（Ｆｕｊｉｗａｒａ等，２０１０）；最后两步则主要在５－羟色胺－Ｎ－乙酰基转??移酶（ＡＡＮＡＴ／ＳＮＡＴ）和Ｎ－乙酰色胺甲基转移酶（ＡＳＭＴ）催化下进行。其中??ＡＳＭＴ是褪黑素合成限速酶。Ｂｙｅｏｎ等（２０１４ｂ）通过亚细胞定位试验发现ＳＮＡＴ??主要位于叶绿体，而ＡＭＳＴ则主要位于细胞质中。随着Ｂｙｅｏｎ等（２０１５ａ）在红??藻叶绿体中发现编码褪黑素合成的基因ＳＡ＾ｒ

图１－３褪黑素缓解植物逆境胁迫的可能机制。??Ｆｉｇ?１－３?Ｓｕｍｍａｒｙ?ｏｆ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｍｅｌａｔｏｎｉｎ?ｉｎｖｏｌｖｅｄ?ｉｎ?ｐｌａｎｔ?ｓｔｒｅｓｓ?ｔｏｌｅｒａｎｃｅ?（ｃｉｔｅｄ??ｆｒｏｍ?Ｚｈａｎｇ?，２０１５）??１．５问题提出和技术路线??综上所述，褪黑素在植物逆境响应中的作用方面已有不少研究报道，但大多??集中在干旱、温度、病害、盐害和重金属胁迫，在铝毒胁迫中研究尚少，而且关??于铝胁迫下褪黑素含量变化及其与耐铝性的关系、褪黑素在植物铝毒逆境下的调??控机制尚不清楚。??（１）褪黑素是植物体内重要抗氧化物质，在植物生长和抗逆境中均发挥着??关键作用（Ｔａｎ?等?２０１２；?Ｂｙｅｏｎ?和?Ｂａｃｋ，?２０１４ａ；?Ｊａｎａｓ?等，２０１３；?Ａｍａｏ?等，２０１４）。??目前关于褪黑素在动物铝毒中已有不少研究（Ｅｓｐａｒｚａ等，２００３；Ｅｓｐａｒｚａ等，２００５；??

第２章小麦根尖褪黑素对铝胁迫的响应及其在缓解铝毒中的作用??２．３．４褪黑素对铝胁迫下小麦根尖０广含量的影响??由图２－４可见，铝胁迫下西矮麦１号和扬麦５中０２？－含量均显著高于无铝的??对照处理，且在扬麦５号中０２＂含量显著高于西矮麦１号。而褪黑素单独处理，??Ｏｒ－含量较无褪黑素对照处理无显著差异，而在铝处理的条件下，褪黑素预处理??可显著降低铝胁迫诱导的〇２－产生，且在扬麦５号中降低程度高于西矮麦１号。??（Ｂ）?西矮麦１号扬麦５号??１０１?ｊｉ￣ｉｃｋ?１?￣?．．?（Ａ）?ｃｋ??｜［］ＭＴ?．?１?＇??１８－丨國八丨?丨??？ｒ?Ｉ?Ｉ?ＩＩ?１?Ｔ??ｍ?ｎｉｌ?：ｙ??图２－４?ＭＴ对铝胁迫下西矮麦１号和扬麦５号根尖Ｏｒ？含量的影响??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ＭＴ?ｏｎ?〇２?＂?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｗｈｅａｔ?ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ?ｕｎｄｅｒ?Ａ１?ｓｔｒｅｓｓ．Ｗｈｅａｔ?（２．５?ｄａｙ?ｏｌｄ）??ｗｅｒｅ?ｐｒｅｃｕｌｔｕｒｅｄ?ｉｎ?０?ｏｒ?１０?＼ｘＭ?ｍｅｌａｔｏｎｉｎ?（ＭＴ）?ｉｎ?０．５?ｍＭ?ＣａＣｈ?（ｐＨ＝４．３）?ｆｏｒ?１２?ｈ
【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 Chengliang Sun;Lijuan Liu;Yan Yu;Wenjing Liu;Lingli Lu;Chongwei Jin;Xianyong Lin;;Nitric oxide alleviates aluminum-induced oxidative damage through regulating the ascorbateglutathione cycle in roots of wheat[J];Journal of Integrative Plant Biology;2015年06期

2 徐向东;孙艳;郭晓芹;孙波;张坚;;褪黑素对高温胁迫下黄瓜幼苗抗坏血酸代谢系统的影响[J];应用生态学报;2010年10期

3 唐剑锋;罗湖旭;林咸永;章永松;李刚;;铝胁迫下小麦根细胞壁果胶甲酯酶活性的变化及其与耐铝性的关系[J];浙江大学学报(农业与生命科学版);2006年02期

本文编号：2874872