高温锻炼和水杨酸诱导葡萄幼苗耐热性的细胞学机制研究

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以葡萄(Vitis vinifera×V.labrussa L.cv.Jingxiu)幼苗为试材,从细胞学水平比较研究了高温锻炼和SA诱导葡萄耐热性的机制,并初步探讨了SA的信号转导途径,结果如下。 利用透射电镜技术对高温热激下细胞超微结构进行了观察,细胞结构在高温热激下明显被破坏,高温锻炼预处理会对叶肉细胞造成轻微的伤害,但延缓了随后的高温热激对叶肉细胞结构的损伤,主要表现在质膜、液泡膜、细胞核和叶绿体等部位。SA预处理对叶肉细胞结构无明显影响,但在随后的高温热激下,SA预处理细胞结构的受伤程度远低于H2O处理。 通过两相分配法纯化幼苗叶片的质膜,以及采用氯化铈沉淀的细胞化学方法,分别从生化水平和组织化学水平研究了质膜的H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性,最后得到一致的结果。即高温锻炼和SA预处理提高了膜上的H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性,并且在随后的高温热激下,保持了质膜上两种酶的稳定性。采用45±0.5℃热激6h时,高温锻炼和SA预处理幼苗质膜的H+-ATP酶活性分别为各自对照的7.1和3.7倍,而Ca2+-ATP酶活性分别为各自对照的4.4和4.6倍。在热激6h时,电镜观察结果为高温锻炼和SA预处理的叶片,其细胞质膜H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶仍有一定的活性,但对照叶片细胞已观察不到。这些结果说明,高温锻炼和SA诱导幼苗抗热性的提高与质膜上的H+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性有关,并且具有相似的调控机制。另外,高温锻炼预处理也可提高质膜Fe(CN)63-还原活性,在热激下保持较高的水平。 采用Ca2+和CaM抑制剂预处理来研究Ca2+对SA诱导幼苗耐热性的影响。结果表明,Ca2+可促进SA对幼苗耐热性诱导,而Ca2+抑制剂EGTA、Ca2+通道抑制剂La3+以及CaM拮抗剂W7对SA诱导的耐热性产生抑制作用。高温热激后,SA或SA加Ca2+处理可诱导叶片内CaM的积累,EGTA、La3+或W7则抑制CaM的积累。高温下,SA通过维持高水平的SOD和CAT的活性,降低MDA含量来抵抗高温造成的氧化胁迫,外源Ca2+可促进SA对SOD和CAT的诱导,而EGTA、La3+或W7则产生相反的作用。在高温前后,各处理叶片内的POD和APX的活性并没有明显的变化。另外,SA或SA加Ca2+处理可增加叶片中的脯氨酸含量,并在高温下维持较高的水平。这些试验结果表明,Ca2+可调控SA诱导的耐热性,而且在此过程中,要求细胞外的Ca2+穿过质膜进入胞内,并有抗氧化酶的参与。 对幼苗植株中部叶片饲喂14C-SA,而其对侧上方叶和对侧下方叶进行40±0.5℃高温处理。结果发现,高温处理增加了饲喂叶14C-SA的向外运转量,改变了14C-SA在各器官的分配比例,处理叶片中的14CSA积累量至少为对照的3倍以上。采用提取试材的SA,然后再测定14C比放射强度的方法,证明在试验中,直接用仪器测得的14C比放射强度至少有70%以上是14C-SA。 在幼苗根部饲喂14C-SA,用40±0.5℃的高温处理植株的地上部分。结果发现,在处理6h之内,处理植株根部吸收的14C-SA向地上部的分配率明显高于对照;处理植株地上部各器官(叶、韧皮部和木质部)的14C-SA含量也显著高于对照,而根部的14C-SA含量与对照没有明显差异,这是首次有关植物根部SA对高温胁迫应答反应的报告。另外,正常葡萄植株根部的结合态SA含量为游离态的3.59倍,当用40±0.5℃的高温处理离体根2h时,根内游离态SA的含量急剧升高,为对照的6.02倍,随后又迅速下降。上述结果表明,在葡萄幼苗对高温胁迫的响应中,根部的SA具有极其重要的作用。
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