血紅素加氧酶1介導(dǎo)氫氣和抗壞血酸增強紫花苜蓿非生物脅迫耐性的分子機理.pdf

1、近年來，動物中的研究表明氫氣（hydrogengas，H2）可以作為重要的信號分子調(diào)節(jié)動物抗氧化、抗炎癥和抗凋亡的能力，然而其在植物中的功能及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑尚不明確;此外，抗壞血酸(ascorbicacid，AsA)在緩解鎘脅迫中起到重要的作用，但是AsA作用的機制和相關(guān)信號通路仍不清楚。因此，我們針對上述問題展開了研究，取得了以下的主要結(jié)果:
　　1、百草枯(paraquat，PQ)脅迫可以誘導(dǎo)紫花苜蓿幼苗內(nèi)H2的產(chǎn)生。當(dāng)以富氫水

2、(hydrogen-richwater，HRW)的形式給植物供給H2，發(fā)現(xiàn)HRW可以顯著增強紫花苜蓿對PQ造成的氧化傷害的耐性;主要表現(xiàn)為HRW處理可以緩解PQ對幼苗根生長的抑制、減少脂質(zhì)過氧化和降低組織中過氧化氫(H2O2)和超氧陰離子(O2-)的含量。另外，H2可以誘導(dǎo)細胞內(nèi)一些代表性抗氧化酶的活性與轉(zhuǎn)錄本。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，H2預(yù)處理可以顯著增加紫花苜蓿血紅素加氧酶1（HO1）基因的表達水平、蛋白含量和HO酶活性;H2的緩解作用可

3、以被HO活性抑制劑鋅原卟啉Ⅸ(zincprotoporphyrinⅨ，ZnPP)所抑制，而這種抑制作用又能被HO1催化反應(yīng)產(chǎn)物一氧化碳(carbonmonoxide，CO)所逆轉(zhuǎn)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)H2預(yù)處理可以增強紫花苜蓿對其它多種環(huán)境脅迫的耐性。這些結(jié)果暗示著H2可能是紫花苜蓿抵御環(huán)境脅迫過程中的一個重要的信號分子，并可能通過HO1介導(dǎo)其保護作用。
　　2、脫落酸(abscisicacid，ABA)和干旱脅迫可以顯著誘導(dǎo)紫花苜蓿

4、組織中H2的產(chǎn)生。以HRW的形式給紫花苜蓿供給H2可以顯著增強其對外源ABA的敏感性，包括種子的發(fā)芽率、根的伸長和氣孔關(guān)閉;同時HRW處理的幼苗中H2O2含量在有外源ABA處理或受到水分脅迫時顯著的比未處理的高，并能增強紫花苜蓿對干旱脅迫的耐性。進一步的藥理學(xué)實驗表明，NADPH氧化酶抑制劑二甲基苯碘(diphenyleneiodonium，DPI)和H2O2化學(xué)清除劑N，N'-二甲基硫脲（N，N'-dimethylthiourea，D

5、MTU）可以抑制HRW對紫花苜蓿幼苗干旱脅迫耐性的增強作用。隨后研究發(fā)現(xiàn)，HRW和干旱處理可以顯著提高紫花苜蓿幼苗葉片質(zhì)外體的pH;使用H+-ATPase抑制劑釩酸鹽(vanadate)進行處理，結(jié)果表明vanadate可以顯著緩解H2對質(zhì)外體汁液pH的堿化作用和增加氣孔對ABA和缺水敏感性的作用。以上結(jié)果表明H2調(diào)節(jié)質(zhì)外體汁液pH和氣孔關(guān)閉通過一條依賴于ABA信號途徑的機制，并暗示H2可能是紫花苜蓿ABA依賴的干旱脅迫響應(yīng)中新的正調(diào)控

6、因子。
　　3、鎘（cadmium，Cd）脅迫導(dǎo)致紫花苜蓿幼苗受到嚴重的氧化傷害并顯著降低組織內(nèi)AsA含量;外源添加AsA不僅可以增加幼苗內(nèi)源AsA的含量，而且可以進一步促進鎘誘導(dǎo)HO1表達和活性;此外，AsA可以降低幼苗根部對鎘的積累和鎘脅迫造成的氧化傷害。HO1的抑制劑ZnPP可以抑制AsA的上述作用，外源添加HO1兩個催化反應(yīng)產(chǎn)物50％飽和CO水溶液或膽紅素(bilirubin，BR)可以逆轉(zhuǎn)ZnPP的抑制作用。AsA對抗氧