混合盐碱胁迫对藜麦种子萌发和幼苗抗氧化特性的影响

针对西北地区藜麦栽培土壤限制问题,研究盐碱胁迫对藜麦种子萌发及抗性相关酶特性的影响,探讨藜麦对盐碱土壤的适应机制,为藜麦在盐碱地的栽培实践提供理论依据。将中性盐(NaCl、Na_2SO_4)和碱性盐(NaHCO_3、NaCO_3)按不同比例混合模拟出20种混合盐碱条件对藜麦种子进行胁迫,分析盐碱胁迫下藜麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数和抗氧化酶活性及同工酶表达。结果表明:5种盐碱胁迫均引起藜麦种子发芽率,发芽势,发芽指数降低,且随着盐浓度的增加,萌发受到显著抑制(P<0.05),对藜麦种子萌发影响较大。A,B处理组各浓度盐碱胁迫下超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和谷光甘肽还原酶(glutathione reductase,GR)活性均高于CK;C,D,E处理组SOD活性均低于CK,但GR活性在50mmol·L-1盐碱浓度时高于CK。过氧化物酶(peroxidase,POD)活性在盐碱浓度为50mmol·L-1时最高,随盐浓度增加POD活性比CK降低4倍,过氧化氢酶(catalase,CAT)活性随盐碱浓度的增加而下降。SDS-PAGE分析发现,盐碱胁迫可诱导SOD,POD,CAT,GR同工酶出现新的条带,但随着盐碱浓度的增加,酶带的表达量降低。上述结果说明,盐碱胁迫抑制藜麦种子萌发,其中Na_2SO_4和NaHCO_3对藜麦种子萌发抑制效应明显。本试验条件下,藜麦的耐盐碱阈值为50mmol·L-1,其中盐碱浓度是影响藜麦种子萌发的主要因素,盐组分值对藜麦种子萌发影响次之。

NO介导的Ca^(2+)信号对渗透胁迫下紫花苜蓿幼苗光合特征及抗性的影响

以紫花苜蓿幼苗为材料,用聚乙二醇(PEG-6000)作为渗透介质人工模拟干旱条件,外源喷施NO供体硝普钠(SNP)、钙信号试剂CaCl_2、NO抑制剂亚甲基蓝(MB)和Ca^(2+) 通道阻断剂LaCl3,对紫花苜蓿幼苗光合特征、抗氧化酶活性及过氧化物酶(POD)同工酶图谱进行研究,探讨了渗透胁迫下NO介导的Ca^(2+) 信号对紫花苜蓿幼苗光合作用及抗氧化能力的影响。结果表明:在渗透胁迫条件下,施加SNP、CaCl_2均能够有效缓解叶片叶绿素a、类胡萝卜素及总叶绿素含量降低,提高叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)及气孔限制值(Ls),而对胞间CO2浓度(Ci)没有缓解作用。SNP、CaCl_2及SNP+CaCl_2处理提高了幼苗叶片中抗氧化酶活性和脯氨酸含量,降低了丙二醛(MDA)含量。其中共处理时效果最为显著,第4天SOD、POD、CAT活性较PEG处理升高了39.29%、30.41%和56.24%,脯氨酸含量增加了45.59%,MDA含量降低了45.59%。POD同工酶图谱在第4天时酶谱带数最多,POD活性最强,且SNP+CaCl_2共处理下出现新酶带。而添加外源NO的同时添加Ca^(2+) 通道阻断剂LaCl3,紫花苜蓿幼苗光合速率、抗氧化酶活性及脯氨酸含量均降低,丙二醛含量增加,添加Ca^(2+) 信号的同时施加NO抑制剂MB也具有相同的作用,说明Ca^(2+) 信号参与NO信号转导过程并相互作用共同调节渗透胁迫下紫花苜蓿幼苗的生理应答响应。

外源NO及反向调控PEG胁迫下苜蓿萌发种子抗氧化酶及其同工酶动态的研究

以紫花苜蓿为材料,用一氧化氮供体硝普钠(SNP)及一氧化氮清除剂c-PTIO对苜蓿种子进行浸种处理,采用分光光度法和同工酶电泳技术来研究外源NO及反向调控对PEG胁迫下紫花苜蓿抗氧化酶活性及其同工酶的影响,并探讨NO调控苜蓿种子耐旱性的生理机制。结果表明:PEG胁迫下外施0.1mmol·L^(-1) SNP,第6天时较PEG处理POD活性降低了32.72%;第4天时SOD、CAT活性较PEG处理升高了10.48%、23.60%,有效缓解了PEG对紫花苜蓿萌发中种子的氧化损伤,提高其抗氧化能力。PEG胁迫下添加c-PTIO抑制了苜蓿萌发期的抗氧化系统活性。从同工酶的谱带数量和强弱来看,POD同工酶各区带活力均随PEG胁迫时间的延长而增加,在第2天酶带只有1条,而第4天酶带呈现9条;SOD和CAT同工酶表达量变化不显著,但酶带强弱有一定变化,S3酶带随处理时间的延长表达量逐渐减弱;CAT同工酶谱带则一直保持2条带,无明显强弱变化。因此,外源NO在PEG胁迫下紫花苜蓿萌发中抗氧化酶快速响应并在维护氧自由基代谢平衡中起重要保护作用。

一氧化氮对干旱胁迫下紫花苜蓿氮代谢的影响

为揭示NO对渗透胁迫下紫花苜蓿含氮化合物及氮代谢过程的调控机制,以紫花苜蓿为材料,通过外源施加NO供体硝普钠(SNP)和NO清除剂(c-PTIO)对紫花苜蓿种子及幼苗进行处理,研究NO在PEG模拟的渗透胁迫下紫花苜蓿氮类化合物含量及氮代谢关键酶活性变化规律中的影响。结果表明:与PEG处理相比,外施0.1 mmol·L-1 SNP,紫花苜蓿萌发期及幼苗期可溶性蛋白含量分别平均提高了16.91%和8.87%,游离氨基酸含量平均降低14.92%和0.68%;硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)及谷氨酸合成酶(GOGAT)活性在萌发期分别提高了23.85%,47.87%,60.06%,在幼苗期分别提高了16.31%,23.56%,72.89%;而萌发期和幼苗期谷氨酸脱氢酶(GDH)活性分别降低了35.89%和33.35%。PEG胁迫下添加c-PTIO加剧了PEG胁迫对紫花苜蓿含氮物质积累的抑制,对NR,GS,GOGAT活性的影响差异不显著,GDH活性在萌发期及幼苗期分别平均升高了18.26%和4.62%。由此说明,外源NO通过调节氮代谢关键酶活性促进PEG胁迫下紫花苜蓿氮素向蛋白质合成的方向转运积累,提高紫花苜蓿抗旱性。

PEG胁迫下不同品系藜麦抗旱性评价

利用不同浓度PEG溶液模拟干旱胁迫,研究5种品系藜麦幼苗的形态、生理生化及光合特性,并对其进行耐旱性评价。结果表明:15%PEG处理下各品系藜麦株高增量、叶面积及生物量显著( P <0.05)低于对照,其中株高增量、叶面积、生物量下降幅度最小的品系分别是NK1、NK2和NK5,分别比对照下降了44.38%、25.39%和 48.23%;随着干旱胁迫加剧,各藜麦品系叶片内相对含水量显著( P <0.05)下降,叶片的质膜透性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量上升,15%PEG胁迫下NK2和NK3的Pro含量分别是对照的2.69和1.93倍,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均先升后降,SOD、CAT和APX活性在5%PEG处理下达到最大值,而POD活性在10%PEG处理下达到最大;随干旱胁迫增强,5种品系藜麦幼苗的净光合速率( P n )、蒸腾速率(T r )和气孔导度(G s )降低,胞间CO 2 浓度( C i )先降后升,叶绿素(Chl)先升后降,其中NK5品系 P n 下降幅度最小,比对照下降了51.15%。运用隶属函数法对藜麦抗旱能力进行综合评定,不同藜麦品系耐旱性为NK5>NK1>NK2>NK4>NK3。

外源cGMP调控盐胁迫下黑麦草种子萌发机制

c GMP(cyclic guanosine-3',5'-monophosphate)是一类环化核苷酸,能响应植物非生物胁迫的信号分子。以c GMP的膜透性类似物8-Br-cGMP为供体,研究c GMP对盐胁迫下黑麦草种子萌发及生理指标的影响。通过计算萌发指标、测定种子萌发过程中各项生理指标,探讨c GMP对黑麦草种子萌发时耐盐机制的作用。结果表明:低浓度(50 mmol/L)盐胁迫能促进黑麦草种子的萌发,随着盐浓度(100、150、200、250 mmol/L)的增加黑麦草种子的萌发率逐渐降低甚至抑制其萌发。而加入20μmol/L c GMP能缓解100 mmol/L Na Cl胁迫对黑麦草种子造成的伤害,使黑麦草种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数分别提高了7.4%、133.3%、52.1%、104.2%。此外,研究发现加入20μmol/Lc GMP能够促进100 mmol/L Na Cl盐胁迫下黑麦草萌发期根的生长,比单独100 mmol/L Na Cl盐胁迫处理下的黑麦草植株全长、根长、叶长分别提高了2.5、2.8倍和2.6倍,种子在萌发过程中可溶性糖、可溶性蛋白含量、淀粉酶活性,脯氨酸含量分别提高了47.9%、15.7%、94.3%、117.4%,而淀粉含量、MDA含量、电导率,O_2^-产生速率分别降低了40.9%、128.7%、88.6%、211.9%。说明20μmol/Lc GMP通过提高可溶性糖,可溶性蛋白含量及脯氨酸含量,同时减少MDA、O_2^-的产生,以此缓解盐胁迫对黑麦草种子的伤害、同时促进淀粉水解,从而加速种子萌发。

外源NO对PEG胁迫下苜蓿幼苗抗氧化酶及同工酶的影响

为研究外源NO对聚乙二醇-6000(PEG)拟干旱胁迫下紫花苜蓿抗氧化酶活性及其同工酶的影响。本试验用一氧化氮供体硝普钠(SNP)或一氧化氮清除剂c-PTIO对干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗进行处理,并采用分光光度法和聚丙烯酰胺凝胶电泳技术对抗氧化酶及其同工酶研究。结果表明:SNP+PEG处理能显著提高紫花苜蓿幼苗的地上部干重和根干重,分别增加了100.00%、61.54%;而不同处理的SOD、POD、CAT活性都随着处理时间的延长呈现先升高后降低的趋势,在处理的第4天,SOD、CAT活性达到最大值,在处理的第6天,SOD活性达到最高。在处理的第4天,SNP+NO处理POD活性降低了32.18%,而POD、CAT活性升高了9.81%、43.37%,说明SNP能够通过不同程度影响抗氧化酶活性而缓解PEG对紫花苜蓿的氧化损伤。PEG+c-PTIO则抑制了紫花苜蓿幼苗的抗氧化酶活性。不同时间各处理紫花苜蓿幼苗POD同工酶都呈现9条酶带,其中P1、P5、P6酶带不同处理之间酶活性明显不同;SOD同工酶在处理过程中产生相对迁移率分别为0.610、0.470和0.345的3条酶带。PEG+SNP处理酶带颜色较深。而CAT同工酶形成了两条相对迁移率分别为0.322、0.259的酶带,各处理之间无明显的变化。说明外源SNP能有效的缓解PEG对紫花苜蓿幼苗造成的氧化损伤,促进植物的生长。本研究结果为紫花苜蓿的耐旱生理机制研究提供了一定的科学依据。