外源ATP诱导油菜耐盐性生理及分子机制研究

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非生物胁迫中,盐渍化已成为非常严重的环境和农业问题,是严重限制农作物生长发育及产量的主要因素之一。为了在逆境胁迫下能够生存,植物形成了一套高效防御机制,识别信号并将信号转导来调节植物生长发育,从而抵御不利环境。非生物胁迫条件下,活性氧、钙离子作为第二信使对植物的生长发育有着极其重要的作用。ATP作为生物体所必需能源,调控第二信使(H2O2、Ca2+)参与细胞中的物质代谢和能量代谢,从而提高植物在逆境环境下的适应性。有研究结果表明,外源ATP与盐胁迫之间可能存在某种联系,但是关于外源ATP在响应盐胁迫下植物的生长发育的过程报道较少。本实验以白菜型冬油菜‘陇油8号’为研究材料,采用组织化学染色、植物生理生化及分子生物学实验方法,研究外源ATP对盐胁迫下油菜活性氧、抗氧化酶活性、离子含量、膜损伤、渗透调节物质的影响,及对抗氧化酶基因、NADPH氧化酶基因(RBOH)、P5CS1基因、MAPK激酶基因、耐盐基因转录水平的调控,有助于了解外源ATP缓解盐胁迫下油菜生理效应和调控机制,为改善土壤盐渍化危害植物种植提供理论依据。主要结果如下:1.盐胁迫抑制了油菜种子萌发和生物量积累,外源ATP浓度过低或者过高都会抑制油菜种子萌发,25μmol/L外源ATP浸种促进了盐胁迫下油菜种子萌发及幼苗生物量积累。表明外源ATP在油菜种子萌发和生物量积累过程中发挥了作用。2.外源ATP浸种显著降低了盐胁迫下油菜幼苗ROS和膜损伤,提高了盐胁迫下油菜幼苗中抗氧化酶活性和渗透调节物。表明外源ATP浸种可以提高盐胁迫下油菜幼苗中抗氧化酶活性清除多余的ROS,进而减少盐胁迫对油菜幼苗的氧化损伤,同时提高了盐胁迫下油菜幼苗中渗透调节物,增强了油菜幼苗的保水性,从而减轻盐胁迫对油菜幼苗的伤害。3.对油菜叶片染色观察,结果显示油菜幼苗叶片ROS、死亡细胞分布及含量在不同处理下存在差异。其盐胁迫下叶片ROS和死亡细胞分布广泛并且积累最多。与NaCl相比,外源ATP+NaCl处理降低油菜叶片ROS和死亡细胞。表明外源ATP通过调节油菜ROS含量和死亡细胞数量的变化来缓解盐胁迫对油菜的损伤。4.盐胁迫提高了油菜叶片Na+、Ca2+、Cl-含量及Na+/K+,喷洒外源ATP降低了NaCl胁迫下油菜Na+含量及Na+/K+,提高了Ca2+和K+含量。表明外源ATP通过影响油菜叶片中离子含量,维持细胞钠钾稳态,从而提高油菜耐盐性。5.NaCl胁迫提高了油菜叶片抗氧化酶活性、渗透调节物、膜损伤程度,降低了叶绿素含量。外源ATP降低了NaCl胁迫下油菜叶片质膜的损伤,增强了抗氧化酶活性和叶绿素合成,提高了脯氨酸和可溶性糖含量。与外源ATP+NaCl处理相比,DPI+外源ATP+NaCl处理、DMTU+外源ATP+NaCl处理、EGTA+外源ATP+NaCl处理都降低了抗氧化酶活性、渗透调节物含量、叶绿素含量,增加膜损伤程度。表明NADPH氧化酶、H2O2、Ca2+参与外源ATP调控盐胁迫下油菜抗氧化酶活性、抗氧化酶活性、膜损伤及渗透作用的过程。6.利用实时荧光定量PCR技术,检测NADPH氧化酶基因(RBOHD、RBOHF)、P5CS1基因、MAPK激酶基因(MAPK3、MAPK6)、耐盐基因(SOS1、NHX1)、抗氧化酶基因(CAT、SOD、APX、GR)转录水平。结果表明,上述基因受到NaCl胁迫的诱导,外源ATP进一步促进NaCl胁迫下油菜上述基因的表达水平,与外源ATP+NaCl处理相比,DPI+外源ATP+NaCl处理、DMTU+外源ATP+NaCl处理、EGTA+外源ATP+NaCl处理都不同程度地抑制了油菜叶片上述基因转录水平。表明NADPH氧化酶、H2O2、Ca2+参与外源ATP对盐胁迫下油菜耐盐基因表达的诱导过程。
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