植物次生代謝在抗氧化脅迫和有機(jī)污染物毒害中的作用及調(diào)控機(jī)制.pdf

1、設(shè)施栽培業(yè)已成為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的重要組成部分,但是由于農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)環(huán)境條件的較高要求以及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)管理水平的相對(duì)落后,導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)常常受到低溫、高溫、干旱、鹽害等非生物逆境和病蟲(chóng)害等生物逆境的影響。次生代謝是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中與環(huán)境相互作用的結(jié)果,次生代謝產(chǎn)物在植物提高自身保護(hù)和生存競(jìng)爭(zhēng)能力、協(xié)調(diào)與環(huán)境關(guān)系上充當(dāng)著重要的角色。因此,研究次生代謝的合成途徑以及其與環(huán)境脅迫的關(guān)系,探索一條植物的抗性、產(chǎn)量及品質(zhì)安全調(diào)控的

2、新途徑對(duì)于建立可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有非常重要的理論和實(shí)踐意義。本文先以擬南芥(Arabidopsis thaliana)野生型和pall pal2突變體為材料,研究了擬南芥PAL1和PAL2雙基因缺失突變對(duì)次生代謝和氧化脅迫的影響;又以黃瓜(Cucumis sativus L.)為材料,研究了葉面噴施24-表油菜素內(nèi)酯(EBR)對(duì)黃瓜次生代謝的影響以及葉面噴施EBR緩解黃瓜有機(jī)污染物毒害的生理與分子機(jī)理研究。所取得的主要研究結(jié)果如下:1.擬南芥

3、PAL1和PAL2雙基因缺失突變能夠抑制苯丙烷類(lèi)代謝途徑的進(jìn)程從而降低對(duì)氧化脅迫的抗性。結(jié)果表明,缺失PAL1和PAL2基因能有效改變擬南芥植株表觀形態(tài)和生物量,且pall pal2突變體的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性顯著下降。同時(shí),PAL1和PAL2雙基因缺失突變阻礙了總酚、類(lèi)黃酮和木質(zhì)素的合成,顯著降低DPPH自由基清除活性和CAD、G-POD、CA-POD、CGA-POD、PPO活力。當(dāng)pall pal2突變體受到氧化脅迫后葉綠素

4、熒光參數(shù)顯著降低,說(shuō)明由于PAL1和PAL2基因的存在能夠緩解百草枯脅迫、紫外輻射脅迫對(duì)植株造成的傷害。因此,PAL通過(guò)調(diào)控次生代謝對(duì)植物抗逆反應(yīng)具有積極作用。2.葉面噴施EBR能夠促進(jìn)黃瓜葉片和根系次生代謝的進(jìn)程。結(jié)果表明,EBR處理后短時(shí)間內(nèi)即誘導(dǎo)黃瓜總酚、類(lèi)黃酮、木質(zhì)素含量以及DPPH自由基清除活性的上升，直至2 d后次生代謝物質(zhì)含量顯著下降,然后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)恢復(fù)到正常水平。同時(shí),EBR處理使黃瓜體內(nèi)的次生代謝相關(guān)酶活性呈現(xiàn)出類(lèi)

5、似的周期性變化。然后,選擇次生代謝變化幅度最明顯的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定,肉桂酸、對(duì)香豆酸、咖啡酸、阿魏酸的變化規(guī)律與總酚、類(lèi)黃酮、木質(zhì)素一致,而次生代謝相關(guān)基因的表達(dá)量也與次生代謝相關(guān)酶活性一致。值得注意的是,葉面噴施EBR導(dǎo)致黃瓜葉片中的次生代謝變化均早于根系。因此,BR可能是通過(guò)可移動(dòng)運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)作為信號(hào)從而促進(jìn)植株整體的次生代謝。3.EBR能夠加速有機(jī)污染物在黃瓜體內(nèi)的代謝從而緩解毒害。首先,確定了三種具有代表性的有機(jī)污染物的實(shí)驗(yàn)使用濃度

6、,三氯苯酚(屬于氯代酚類(lèi)化合物)為5μM,毒死蜱(屬于農(nóng)藥)為10μM,土霉素(屬于抗生素)為50μM。結(jié)果表明,有機(jī)污染物能夠明顯抑制黃瓜的地上部、地下部生長(zhǎng)量,而不同濃度的EBR預(yù)處理都顯著緩解有機(jī)污染物對(duì)生長(zhǎng)量的受抑現(xiàn)象,以0.1μM緩解效果最佳。然后,對(duì)抗氧化能力、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和次生代謝進(jìn)行測(cè)定,EBR預(yù)處理顯著降低膜質(zhì)過(guò)氧化(MDA)程度,明顯提高有機(jī)污染物處理后SOD、CAT、APX的活性和基因表達(dá)量;EBR顯著提高G