外源H2O2提高黄瓜耐盐性生理机制研究

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土壤次生盐渍化是指由于不合理的耕作灌溉而造成的土壤盐渍化过程,其中设施栽培引起的土壤次生盐渍化较为严重。黄瓜(Cucumis sativus L.)是一种主要的设施蔬菜,土壤次生盐渍化严重影响了其生长及产量。过氧化氢(H2O2)是一种信号分子,与植物抗逆性之间关系近年来成为研究热点,但与黄瓜耐盐性关系研究报道较少。本研究以6个栽培品种黄瓜幼苗为试材,通过分析不同浓度Na Cl溶液处理下黄瓜幼苗的生长形态、叶片鲜质量、干质量、叶面积、相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)含量及超氧阴离子(O2˙ˉ)组织化学定位等生理指标的变化,并利用隶属函数法综合分析6种黄瓜的耐盐性,筛选耐盐黄瓜品种和盐敏感品种。为了研究信号分子H2O2对盐胁迫下黄瓜生理应答机制的影响,选择盐敏感黄瓜春夏秋王作为实验材料,向盐胁迫的黄瓜幼苗外源施加H2O2,分析黄瓜幼苗的生长、细胞膜透性(REC和MDA)、活性氧的积累(H2O2和O2˙ˉ)、抗氧化系统(抗坏血酸、还原型谷胱甘肽、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶)及差异蛋白表达的变化。研究结果如下:(1)随着Na Cl处理浓度的升高,6种黄瓜的叶片鲜质量、干质量和叶面积均显著下降;REC和MDA含量均显著升高,叶片细胞膜伤害程度加重,O2˙ˉ的组织化学定位结果表明黄瓜叶片中O2˙ˉ染色范围呈增大趋势。隶属函数法分析表明,6种黄瓜耐盐能力强弱依次为:津研四号>新津研七号>新津春四号>新津优一号>唐山秋瓜>春夏秋王。(2)与对照组相比,200m M Na Cl胁迫明显降低了黄瓜的株高、叶面积、鲜重和干重,显著提高了叶片和根的REC和MDA含量,表明盐胁迫明显抑制了黄瓜的生长,引起了细胞膜的损伤和膜脂过氧化。与盐胁迫组相比,外源施加1μM、5μM和10μM H2O2可以有效缓解盐胁迫对黄瓜的生长抑制、细胞膜损伤和膜脂过氧化现象。(3)与对照组相比,盐胁迫下黄瓜幼苗叶片中O2˙ˉ积累无显著变化,根系中O2˙ˉ含量显著增加,外源H2O2处理后含量降低;盐胁迫下黄瓜幼苗叶片及根系中H2O2含量显著增加,外源处理后有所降低。与对照组相比,Na Cl胁迫使黄瓜叶片和根系中抗氧化剂还原型谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(As A)含量均有所下降,而外源H2O2处理后明显提高了GSH和As A的含量。与对照组相比,各处理组黄瓜叶片及根系中过氧化物酶(POD)活性均有所升高;叶片中谷胱甘肽还原酶(GR)活性也显著上升,但是根系中活性有所下降;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化不显著。(4)SDS-PAGE结果分析表明,与对照组相比,Na Cl胁迫后黄瓜叶片中共有3个蛋白条带显示表达量上调,4个蛋白条带显示表达量下调,根中4个蛋白条带显示表达量上调,4个蛋白条带显示表达量下调。根据蛋白表达的变化规律,选取了4个变化规律、显著变化的蛋白质条带进行MALDI-TOF-MS质谱鉴定。结果显示:probable methyltransferase PMT5蛋白的表达可能与外源H2O2提高黄瓜的耐盐性相关。以上结果表明,外源H2O2可以通过提高抗氧化物质的水平和抗氧化酶的活性,并调控一些蛋白的表达来缓解Na Cl胁迫对黄瓜造成的生长抑制、细胞膜损伤和膜脂过氧化,从而提高黄瓜的耐盐性。
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