一氧化氮(NO)介導(dǎo)根尖木質(zhì)素代謝響應(yīng)水稻耐A1的作用機(jī)制.pdf

1、在酸性土壤中Al脅迫抑制了植物的正常成長。細(xì)胞壁作為與Al接觸的原初屏障，在水稻對鋁脅迫的響應(yīng)中扮演著重要的角色。木質(zhì)素是細(xì)胞次生壁的重要組成部分，Al脅迫下根尖細(xì)胞壁木質(zhì)素含量在多種植物中表現(xiàn)出不同程度的增加，加劇細(xì)胞壁硬化，抑制根的伸長。在這一過程中細(xì)胞壁如何感知和適應(yīng)Al脅迫，其調(diào)控機(jī)制并不清楚。NO作為植物體內(nèi)關(guān)鍵的信號分子，能夠參與多種脅迫的防御機(jī)制，NO同樣能夠緩解水稻遭受的鋁脅迫，那么NO緩解鋁脅迫的機(jī)制中對木質(zhì)素的代謝是

2、否具有調(diào)控作用還不得而知。本實驗以Al耐性有明顯差異的兩個水稻品種為材料，研究了Al脅迫下NO對木質(zhì)素代謝、活性氧代謝、細(xì)胞壁組分變化的影響以及NO起作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。具體的研究結(jié)果如下:
　　(1)以耐Al水稻日本晴和Al敏感水稻浙輻802為材料，研究Al脅迫下兩個水稻品種中木質(zhì)素和活性氧的代謝規(guī)律。結(jié)果表明，木質(zhì)素含量隨著Al濃度升高顯著增加，50μmol/L Al處理下日本晴和浙輻802中木質(zhì)素含量較Al單獨處理分別增加了

3、37.5％和47.9％。50μmol/L Al處理24 h后日本晴和浙輻802的根尖H2O2、O2-、丙二醛含量比對照組分別增加了46.7％和57.1％，15.4％和36.8％，50.4％和38.6％，抗氧化酶活性也顯著升高。表明Al誘導(dǎo)木質(zhì)素積累，促進(jìn)活性氧產(chǎn)生，激活了細(xì)胞內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)。Al脅迫下添加外源H2O2處理，根尖木質(zhì)素含量顯著高于對照組。而添加活性氧清除劑DTT（二硫蘇糖醇）能有效地緩解Al脅迫誘導(dǎo)的木質(zhì)素含量的升高，日本

4、晴和浙輻802根尖木質(zhì)素含量分別下降了20.7％和41.0％。說明Al脅迫導(dǎo)致的氧化脅迫是木質(zhì)素積累的直接原因。
　　(2)為了研究NO對Al脅迫誘導(dǎo)的木質(zhì)素和活性氧產(chǎn)生的調(diào)控作用，本實驗用日本晴和浙輻802兩個水稻品種，在Al處理下外源添加NO供體（亞硝基鐵氰化鈉，SNP）以及NO清除劑(cPTIO)測定木質(zhì)素及活性氧含量。結(jié)果顯示，日本晴和浙輻802的根相對伸長率在SNP+Al處理時比單Al處理升高了21.4％和42.2％，根

5、尖Al含量降低了44.5％和45.3％，木質(zhì)素含量下降了43.3％和25.3％，說明外源NO能夠緩解水稻遭受的Al脅迫，減量調(diào)節(jié)木質(zhì)素積累。外源添加NO，根尖細(xì)胞壁的H2O2、O2-以及丙二醛含量均顯著低于對照，同時日本晴和浙輻802中SOD、POD活性分別升高了78.9％和34.0％、25.5％和70.9％。這表明NO能夠通過提高抗氧化酶活性，降低活性氧含量來減量調(diào)節(jié)木質(zhì)素的積累。
　　(3)采用日本晴和浙輻802作為實驗材料，

6、通過添加布雷菲爾德菌素A(BFA)探究細(xì)胞壁組分在水稻耐Al中的作用以及NO對細(xì)胞壁組分合成的調(diào)控作用。結(jié)果顯示，Al+BFA處理時日本晴和浙輻802的根相對伸長率比Al處理分別下降了46.4％和50.6％，根尖Al含量上升了145.7％和114.0％，表明細(xì)胞壁在緩解Al脅迫過程中起著重要的作用。SNP+Al能夠緩解Al脅迫，但BFA+SNP+Al處理時水稻根相對伸長率以及根尖Al含量與BFA+Al處理無明顯差異，表明細(xì)胞壁組分在NO

7、緩解水稻Al脅迫過程中起著重要的作用。SNP+Al處理組中日本晴和浙輻802細(xì)胞壁果膠的含量分別Al處理下降了35.7％和48.3％，半纖維素1、2含量與Al處理相比無明顯差異。同時SNP+Al處理細(xì)胞壁中羥基、羰基、氨基等活潑官能團(tuán)均大幅上升。這些活潑官能團(tuán)極易被氧化，因此能夠降低細(xì)胞遭受氧化脅迫的程度。說明NO能夠通過調(diào)控細(xì)胞壁組分以及細(xì)胞壁官能團(tuán)抵抗Al脅迫及Al脅迫誘導(dǎo)的氧化脅迫。
　　(4)通過添加CDPK(鈣依賴蛋白)

8、和MAPK(促分裂原活化蛋白)抑制劑，探究Al脅迫下NO調(diào)控水稻根尖細(xì)胞壁耐Al的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。結(jié)果顯示，W7+Al和PD98059+Al處理下，日本晴的根相對伸長率比Al處理降低了39.4％和54.3％，浙輻802中降低了20.5％和34.1％，日本晴的根尖Al含量比Al處理升高了341.7％和150.7％、浙輻802中升高了296.1％和113.1％，說明抑制CDPK和MAPK蛋白的產(chǎn)生會加劇水稻的Al脅迫。Al+W7處理下日本晴和

9、浙輻802根尖的NO含量比Al處理下降了21.7％和6.59％，Al+PD98059處理使NO含量分別上升8.21％和7.30％，加入W7后日本晴和浙輻802中H2O2含量分別下降了47.3％和45.6％，加入PD98059后日本晴和浙輻802中H2O2含量分別下降了26.8％和40.7％，說明CDPK能夠促進(jìn)NO和H2O2的合成，MAPK蛋白能促進(jìn)H2O2的合成。由以上結(jié)果推斷，Al脅迫首先激活CDPK系統(tǒng)，調(diào)控NO含量，然后對其下游