气体信号分子硫化氢对葡萄幼苗耐盐性的影响

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目前,全球已经有25%的灌溉土地受到盐渍化威胁,我国作为世界盐碱地大国,农业生产的可持续发展和生态环境建设受到严重的威胁。因此,综合治理盐渍土,提高植物抵御盐胁迫的能力,加强对盐渍土地资源的利用,已经成为亟待解决的问题。葡萄作为一种种植广泛、适应性较强的经济作物,在盐碱地的开发利用中具有极大的推广价值,但由于其耐盐性不足,限制了其在盐碱地的发展。因此,采取栽培措施提高葡萄的耐盐性,对提高盐碱地葡萄的产量和质量具有重要意义。硫化氢(H2S)作为一种新发现的内源性气体信号分子,参与动植物体内多种生理生化过程。有研究表明,低浓度的H2S可以提高植物抵御包括盐胁迫在内的各种非生物胁迫的能力。然而,外源H2S能否缓解盐胁迫对葡萄的伤害,目前还未见到报道。因此,本研究以葡萄品种‘美乐’为实验材料,通过外源喷施H2S供体硫氢化钠(Na HS)处理葡萄幼苗,探究外源H2S对盐胁迫下葡萄幼苗生长的影响。主要研究结果如下:(1)对盐胁迫下葡萄幼苗喷施不同浓度的Na HS溶液,发现H2S可以缓解盐胁迫对葡萄幼苗造成的伤害,但这种缓解效应存在明显的剂量效应,0.1 mmol·L-1Na HS的效果最佳。(2)外源H2S减轻了盐胁迫对葡萄幼苗地上部与根部的生长抑制。盐胁迫下,外源H2S处理后葡萄植株的株高、根长、地上部鲜重、地上部干重、根部鲜重和根部干重方面分别提高了52%、48%、69%、32%、47%、45%,均达到了极显著的差异水平,失水率减少,幼苗的盐胁迫受损状态得到明显缓解。(3)外源H2S处理,提高了盐胁迫下葡萄幼苗叶片的光能利用效率和光系统Ⅱ的光化学效率。盐胁迫下,外施H2S的葡萄幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量明显提高;净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)显著增加,二氧化碳浓度(Ci)明显降低,PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)和光合性能指数(PIABS)明显提高。(4)外源H2S缓解盐胁迫对葡萄幼苗的氧化伤害,减轻了葡萄叶片和根部的电解质泄露状况,降低了叶片MDA含量并提高了根系活力,在维持细胞膜系统的稳定性方面发挥着作用。(5)外源H2S提高了盐胁迫下葡萄幼苗的抗氧化能力。盐胁迫下葡萄幼苗活性氧代谢失衡,产生过量H2O2和O2·-。叶片喷施Na HS处理提高了抗氧化酶类(SOD、POD和CAT)含量及相关基因的表达,同时,提高了As A-GSH循环中抗氧化剂的含量(As A、GSH)以及相关抗氧化酶(APX、DHAR和MDHAR)活性,使O2·-含量和H2O2含量分别下降了27%和18%,从而减轻了盐胁迫造成的氧化胁迫,有利于活性氧代谢平衡。(6)外源H2S通过提高细胞膜质子泵H+-ATPase和H+-PPase基因表达,激活了SOS、SKOR抗盐途径基因和离子转运蛋白HKT2、NHX和CAX基因的表达,限制了盐胁迫诱导的Na+内流和K+外流,Na+/K+比与单纯盐胁迫相比降低了22%,较低Na+/K+比有利于维持渗透平衡。(7)盐胁迫下葡萄幼苗经外源H2S处理后,半胱氨酸脱巯基酶CDes(L-CDes、D-CDes)活性和基因表达水平上调,催化半胱氨酸(Cys)降解生成H2S,增强了H2S作为信号分子传递盐胁迫信号的作用。
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