四种桉树幼苗在铝胁迫下的生理响应特征及其在过氧化氢预处理下的缓解效应机制

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铝(Al)是一种神经毒素剂,其生物有效性和毒性在酸性条件下表现出来。全球约50%的耕地面积和30%的土地面积p H值在5.5以下。广西桉树为中国热带和亚热带区域常用的速生造林树种,是我国重要的战略木材纤维原料。目前,酸性土壤铝毒胁迫严重威胁南方桉树人工林的正常生长,并且对桉树适应铝毒胁迫的信号调控机制尚不完全清楚。在应答植物逆境胁迫中过氧化氢(H2O2)作为关键信号分子起重要的调控作用,但关于H2O2预处理对桉树铝胁迫的响应及其在耐铝性中的缓解效应机制尚不完全清楚。为此,本研究选择以南方常用的四种无性系桉树为实验材料:三个纯种巨桉(Eucalyptus grandis)、尾叶桉(Eucalyptus urophylla)、圆角桉(Eucalyptus tereticornis)和以尾叶桉和巨桉为母本和父本的杂交无性系品种杂交桉(Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis)。围绕不同时间效应下不同浓度铝胁迫对四种桉树生理指标的影响、不同浓度过氧化氢预处理对四种桉树铝诱导的生理指标研究、H2O2预处理对四种桉树品种铝毒胁迫的缓解效应及其机制进行研究,旨在探明四种桉树品种对铝胁迫的响应及其在耐铝性中的抗氧化调控机制,以及H2O2预处理对四种桉树品种铝毒胁迫的缓解效应机制,为南方酸性土壤下桉树耐铝特性研究和生产力的提高提供科学依据。取得的主要结果如下:(1)铝诱导不同耐铝性桉树品种的反应机制存在差异,桉树各种抗氧化指标随着Al胁迫时间的延长呈现反复波动性。聚类分析可以将四种桉树分为具有不同耐铝调控机制的两类,其中Al胁迫下尾叶桉和杂交桉的POD、SOD、DPPH活性相对于CK的增幅显著高于圆角桉和巨桉,说明Al胁迫可刺激尾叶桉和杂交桉具有较强的抗氧化能力。120 mg/L铝胁迫对于激发桉树的抗氧化机制相对更为灵敏,桉树植物体内的抗氧化系统的反应机制是一个先激发后平衡,再次被激发的循环过程。可见,桉树的系统内部各抗氧化物质之间存在着相互制约与平衡的错综复杂的关系。(2)H2O2预处理通过有效激活铝胁迫下桉树的抗氧化酶活性,缓解铝诱导引起的氧化胁迫。然而,铝胁迫下不同基因型桉树在H2O2预处理下对氧化酶活性的激发程度有所不同。2.4 mmol/L H2O2预处理浓度具有较好地区分四个桉树品种抗氧化调控机制的能力,其中,铝胁迫下2.4 mmol/L H2O2预处理可诱导巨桉和尾叶桉SOD在3 h的早期猝发;同时诱导圆角桉和尾叶桉As A和GSH在3 h的早期猝发。可见,铝胁迫下H2O2预处理介导了桉树耐铝的多种信号转导途径,协同各抗氧化指标间的动态平衡对桉树耐铝性进行调控。(3)H2O2预处理通过提高巨桉和圆角桉叶片中ASA-GSH循环相关抗氧化酶活性,降低MDA含量缓解膜脂过氧化。进一步研究表明,铝毒胁迫下巨桉和杂交桉根尖比叶片更敏感,H2O2预处理对根系所受铝毒的缓解作用更强,其中,四种桉树根尖的抗氧化剂活性及含量均显著低于叶片。过氧化氢预处理有助于提高铝胁迫下巨桉叶片GSH含量和DPPH、FRAP活性,提高尾叶桉叶片的MDHAR酶活性,提高圆角桉叶片的FRAP活性,提高杂交桉叶片的MDHAR酶活性、As A含量和DPPH活性。
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