二氧化硫調(diào)節(jié)鋁和干旱脅迫下小麥種子萌發(fā)的信號(hào)機(jī)理研究.pdf

1、二氧化硫(SO2)一直被認(rèn)為是對(duì)動(dòng)物體有嚴(yán)重危害的一種大氣污染物，然而，近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，SO2在動(dòng)物體中可以作為一種內(nèi)源信號(hào)分子，具有改變心率、舒張血管、抗動(dòng)脈硬化等生物學(xué)功能。SO2在植物體中能否作為信號(hào)分子，參與調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的生理活動(dòng)尚不清楚。本文以NaHSO3與Na2SO3(1:3，M/M)為SO2供體，探討了SO2調(diào)節(jié)鋁(Al3+)脅迫和干旱脅迫下小麥種子萌發(fā)的信號(hào)機(jī)理。Al3+脅迫對(duì)小麥種子的萌發(fā)有強(qiáng)烈的抑制作用，隨著Al3+

2、脅迫濃度的增加，其對(duì)小麥種子萌發(fā)的抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)。當(dāng)濃度為15 mmol/L時(shí)，小麥種子的發(fā)芽率為對(duì)照組的50％，因此將15mmol/L作為Al3+脅迫對(duì)小麥種子萌發(fā)的半抑制濃度。本文研究發(fā)現(xiàn)，SO2信號(hào)能明顯提高鋁脅迫下小麥種子的發(fā)芽率，提高還原糖和可溶性蛋白的含量，促進(jìn)淀粉酶和酯酶活性的上升，表明SO2信號(hào)能誘導(dǎo)水解酶活性的表達(dá)，進(jìn)而有助于儲(chǔ)藏物質(zhì)的動(dòng)員，促進(jìn)小麥種子的萌發(fā)。活性氧的進(jìn)發(fā)及其導(dǎo)致的氧化損傷，是Al3+脅迫抑制種子萌

3、發(fā)的重要事件之一。本文研究發(fā)現(xiàn)，SO2信號(hào)能顯著降低超氧陰離子(·O2-)和過氧化氫(H2O2)等活性氧(ROS)的水平及膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)的含量，緩解鋁脅迫帶來(lái)的氧化損傷；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，SO2信號(hào)可以顯著提高過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)過氧化氫酶(CAT)的活性，降低脂氧合酶(LOX)的活性，上述結(jié)果表明，SO2作為抗氧化信號(hào)參與了Al3+脅迫下小麥種子的抗逆反應(yīng)。
　　與Al3+脅迫相類似，

4、干旱脅迫同樣也可以造成植物體中活性氧進(jìn)發(fā)，引起氧化損傷。本文探查了種子萌發(fā)過程中SO2信號(hào)是否對(duì)干旱脅迫引起的氧化損傷也具有類似的緩解效應(yīng)。以PEG-6000模擬干旱脅迫，SO2信號(hào)能顯著提高干旱脅迫下小麥種子的發(fā)芽率，上調(diào)還原糖和可溶性蛋白的含量，增強(qiáng)淀粉酶和酯酶的活性，顯著降低·O2-、H2O2和MDA的含量，提高POD、APX和CAT活性，降低LOX活性。上述結(jié)果表明，在干旱脅迫下SO2信號(hào)有利于小麥種子貯藏物質(zhì)的動(dòng)員，提高小麥種

5、子萌發(fā)過程中的抗氧化能力，有助于小麥種子的萌發(fā)。
　　硫化氫(H2S)是植物體中一種新的氣體信號(hào)分子，參與了種子萌發(fā)、根形態(tài)建成、氣孔關(guān)閉、抗逆反應(yīng)等許多生理過程。我們研究發(fā)現(xiàn)，SO2信號(hào)能顯著上調(diào)鋁或干旱脅迫下小麥萌發(fā)種子中內(nèi)源H2S的含量，暗示了SO2可能是通過內(nèi)源H2S的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，介導(dǎo)了種子萌發(fā)進(jìn)程及抗逆反應(yīng)。糊粉層細(xì)胞是維持種子活力和控制種子萌發(fā)的不可缺少的重要組織。種子萌發(fā)時(shí)，胚合成的赤霉素(GA)刺激糊粉層合成并分

6、泌各種水解酶類至胚乳貯藏器官，將其降解為小分子的營(yíng)養(yǎng)物供胚生長(zhǎng)，進(jìn)而發(fā)育成整個(gè)植株。糊粉層細(xì)胞在完成合成與分泌水解酶的作用之后，逐漸趨于死亡，這一過程是一個(gè)典型的細(xì)胞程序性死亡(PCD)過程。本文以小麥種子糊粉層為實(shí)驗(yàn)材料，考查了H2S信號(hào)在延緩小麥種子糊粉層PCD的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，H2S信號(hào)能明顯延緩GA誘導(dǎo)的糊粉層PCD進(jìn)程，延長(zhǎng)糊粉層細(xì)胞合成與分泌淀粉酶的時(shí)間，暗示了SO2可能通過上調(diào)內(nèi)源H2S信號(hào)，延緩小麥糊粉層PCD進(jìn)程，