玉米幼苗缺鐵脅迫下一氧化氮的保護(hù)作用.pdf

1、植物缺鐵減產(chǎn)減質(zhì)是堿性土壤中的一個(gè)嚴(yán)重問題，涉及糧食安全和人類健康。前人的研究主要集中在缺鐵造成的植物生理生化的影響的研究，但是研究不夠深入透徹，尤其是植物的缺鐵損傷機(jī)理研究報(bào)道不多。植物中一氧化氮(NO)研究是目前熱點(diǎn)，但NO在植物缺鐵失綠癥矯治方面的研究并不多，相關(guān)機(jī)理研究不是特別深入。 本實(shí)驗(yàn)以溶液培養(yǎng)單因子控制方法研究了單子葉植物玉米在缺鐵培養(yǎng)條件下結(jié)構(gòu)、生理、生化的變化以及NO對(duì)缺鐵植物的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)了缺鐵脅迫對(duì)植物

2、損傷的生理生化及分子機(jī)理，以及NO在植物缺鐵脅迫下對(duì)植物的保護(hù)機(jī)制，對(duì)于植物的缺鐵研究和NO在植物中的保護(hù)機(jī)制研究都有極其的理論和實(shí)踐價(jià)值。 我們發(fā)現(xiàn)，由于鐵是色素合成的必需元素，缺鐵葉片色素含量下降，植物生長(zhǎng)量顯著下降，葉綠體蛋白質(zhì)含量減少，植株表現(xiàn)出明顯的缺鐵失綠癥。電子顯微鏡超微分析發(fā)現(xiàn)，缺鐵導(dǎo)致葉片類囊體發(fā)育不良，基粒垛疊不充分，基質(zhì)類囊體發(fā)育也受到抑制，葉綠體內(nèi)嗜鋨顆粒增多，缺鐵嚴(yán)重的類囊體有破損的現(xiàn)象。而NO處理的植

3、物葉片色素含量恢復(fù)正常，植株生長(zhǎng)量增加，顯微照片顯示類囊體發(fā)育完好，基粒垛疊明顯，基質(zhì)類囊體恢復(fù)正常，葉綠體內(nèi)嗜鋨顆粒減少，表明NO逆轉(zhuǎn)了缺鐵導(dǎo)致的植物損傷，NO對(duì)缺鐵植物有較好的保護(hù)作用。 我們甩PM2000熒光計(jì)對(duì)缺鐵下植物的葉綠素?zé)晒鈹?shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺鐵使有活性的PSⅡ反應(yīng)中心減少，天線與反應(yīng)中心的連接受損，PSⅡ的最大光化學(xué)效率和實(shí)際光化學(xué)效率大大降低，同時(shí)葉綠素?zé)晒獾墓饣瘜W(xué)淬滅降低，非光化學(xué)淬滅升高，顯示不僅PSⅡ本

4、身受到缺鐵脅迫的損害，電子傳遞活性受損，PSⅡ下游電子傳遞也受到影響。蛋白電泳分析顯示，葉綠體類囊體膜結(jié)合蛋白含量降低非常明顯，復(fù)合物的完整性受到破壞，可能其裝配也受到影響，其中PSⅡ復(fù)合物和Cytb<,6>/等含鐵量高的復(fù)合物受影響較大，完全缺鐵的類囊體不能形成PSⅡ超級(jí)復(fù)合物。這些數(shù)據(jù)表明，缺鐵是通過對(duì)生物大分子水平的損傷而損害植物的生理生化過程。NO處理后，植物受到的所有缺鐵損傷都得到恢復(fù)，有活性的PSⅡ反應(yīng)中心數(shù)量增加，與天線的

5、連接恢復(fù)完好，電子傳遞效率增高，同時(shí)葉綠素?zé)晒獾墓饣瘜W(xué)淬滅增多，非光化學(xué)淬滅降低，表明PSⅡ下游的電子傳遞體也得到很好的修復(fù)。電泳顯示所有受損傷的蛋白恢復(fù)正常，甚至有些蛋白可能是NO誘導(dǎo)特異合成，復(fù)合物甚至超級(jí)復(fù)合物結(jié)構(gòu)完好，光合作用能夠順利進(jìn)行?？梢奛O是從分子層面保護(hù)了植物免受缺鐵損害。 盡管有研究發(fā)現(xiàn)缺鐵減少了葉片捕獲的激發(fā)能，但是由于電子傳遞途徑不暢，還是導(dǎo)致葉片內(nèi)過剩激發(fā)能的產(chǎn)生，從而形成較多的超氧陰離子自由基(O<,

6、2>)和過氧化氫(H<,2>O<,2>)等活性氧，這可能是植物遭受缺鐵損傷的直接原因。這些活性氧使類囊體膜脂過氧化升高，膜蛋白受損傷，對(duì)植物造成了傷害。由于鐵是抗壞血酸過氧化物酶(APX)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)的輔因子，缺鐵降低了這三個(gè)酶的活性，而超氧化物歧化酶(SOD)活性卻有較大提高，抗壞血酸(ASC)含量增加和谷胱苷肽還原酶(GR)活性升高說明ASC-GSH循環(huán)活性提高，這樣，缺鐵情況下活性氧清除機(jī)制發(fā)生了變