一氧化氮通過調(diào)節(jié)紅樹植物秋茄根部鈉鉀平衡增強(qiáng)其耐鹽能力的研究.pdf

1、鹽害是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要逆境因素,高鹽脅迫對(duì)植物產(chǎn)生嚴(yán)重毒害,影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育,甚至導(dǎo)致植株死亡,因此對(duì)植物耐鹽機(jī)理的研究具有重要的科學(xué)意義。一氧化氮(nitric oxide,NO)作為一種重要的氣體信號(hào)分子在植物生長(zhǎng)發(fā)育和抵抗逆境脅迫過程中具有非常重要的作用。已有大量研究表明外源施用NO可以緩解鹽脅迫對(duì)植物造成的傷害,但大多在生理水平進(jìn)行分析和闡述,而目前對(duì)NO增強(qiáng)植物耐鹽性的分子機(jī)制的研究較少,NO對(duì)植物耐鹽相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)

2、節(jié)作用仍不明確。本文以典型的拒鹽紅樹植物秋茄(Kandelia obovata)為研究對(duì)象,結(jié)合電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(inductively coupled plasma massspectrometry,ICP-MS)、掃描電鏡與能譜分析技術(shù)(Scannig electron microscopeand X-ray microanalysis)、非損傷微測(cè)技術(shù)(non-invasive micro-test technology,N

3、MT)、蛋白印跡(Westem-blot,WB)及實(shí)時(shí)熒光定量PCR(Real-time quantitativePCR,qRT-PCR)等實(shí)驗(yàn)手段,研究了外源施用NO供體硝普鈉(sodiumnitroprusside,SNP)對(duì)高鹽處理下秋茄耐鹽性的影響,以期了解NO增強(qiáng)植物耐鹽能力的生化和分子機(jī)理。取得的主要結(jié)果如下:
　　 1.外源施用中等濃度的SNP(100μM)可以顯著降低高鹽處理下秋茄根中Na+濃度和提高K+的濃度,

4、從而降低胞質(zhì)中Na+/K+比值,維持秋茄體內(nèi)離子平衡進(jìn)而增強(qiáng)其耐鹽性;NO合成抑制劑和清除劑則加劇高鹽處理對(duì)秋茄造成的傷害。
　　 2.通過電鏡和X-ray微區(qū)分析,在400 mM NaCl處理下,100μM SNP處理顯著降低了秋茄幼苗根部皮層和中柱中Na+的百分比,同時(shí)提高了K+的百分比,從而使秋茄根部胞質(zhì)中Na+/K+比值降低,有利于增強(qiáng)其對(duì)高鹽環(huán)境的耐受能力。然而施用高濃度的SNP(800μM)則顯著提高了皮層和中柱的N

5、a+/K+比值,打破了秋茄體內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài),反而對(duì)植物造成毒害。表明NO對(duì)植物抗鹽性的調(diào)節(jié)存在劑量依賴性。
　　 3.利用非損傷微測(cè)技術(shù)分析結(jié)果顯示,SNP長(zhǎng)期處理可以顯著增強(qiáng)高鹽處理下秋茄根尖Na+的外排,而NO清除劑、質(zhì)膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及質(zhì)膜H+-ATPase抑制劑則明顯抑制鹽處理下秋茄根尖Na+的外排。與Na+外排的測(cè)定結(jié)果相反,鹽處理下使用SNP可以顯著降低秋茄根尖處K+的外流,并且質(zhì)膜H+-ATPase抑制劑

6、明顯增強(qiáng)秋茄根尖K+的外流、造成胞內(nèi)K+的缺失。表明NO通過增強(qiáng)根尖外排Na+以及降低K+外流,進(jìn)而維持胞質(zhì)中較低的Na+/K+比值,最終增強(qiáng)秋茄的耐鹽性。此外,根尖Na+、K+外流與質(zhì)膜H+-ATPase和Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白密切相關(guān)。
　　 4.通過Western-bolt分析,適宜濃度的SNP可顯著提高鹽處理下介導(dǎo)Na+/K+平衡的相關(guān)蛋白(如質(zhì)膜Ca2+-ATPase、H+ATPase和液泡膜Na+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體)

7、的表達(dá)水平。
　　 5.為了研究NO提高秋茄耐鹽性的分子機(jī)理,我們克隆了介導(dǎo)植物體內(nèi)Na+/K+平衡的相關(guān)基因SOS1、NHX1、HA1、VHA1-c1以及AKT1的部分序列。通過實(shí)時(shí)熒光定量RCR分析了編碼H+-ATPase、Na-+/H+逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及內(nèi)向整流鉀離子通道AKT1的基因表達(dá)水平。五個(gè)基因的相對(duì)轉(zhuǎn)錄水平均在100μMSNP處理下達(dá)到最大值,并可被NO合成抑制劑和清除劑所逆轉(zhuǎn)。
　　 總之,我們的研究結(jié)果