麝香草酚调控水稻耐镉胁迫和盐胁迫的分子机制研究

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zyz2574100
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麝香草酚作为植物源天然化合物,主要应用在医学和临床研究领域。为了探究麝香草酚在作物环境胁迫条件下的应用可能及相关作用机制,我们以水稻幼苗为研究材料,结合生理生化分析、荧光探针检测和实时荧光定量技术,较为系统地考察了麝香草酚对水稻耐镉胁迫和盐胁迫的作用效果,分析了相关作用机理,为重金属污染土壤及盐碱化土壤中的水稻安全生产提供理论与应用依据。取得的主要结果如下:1、水稻幼苗根在100mM的NaCl和4μM的CdCl2单独处理下,生长均受到显著抑制(处于半致死状态)。采用20 μM的麝香草酚共处理后,盐胁迫和镉胁迫对水稻幼苗根系伸长的抑制作用都得到了显著的缓解。表明麝香草酚具有显著缓解盐和镉对水稻幼苗生长的胁迫作用。2、生理生化和组织化学染色技术发现,20 μM的麝香草酚能够显著缓解单独镉胁迫或盐胁迫诱导的氧化损伤、脂质过氧化、总ROS的大量积累和细胞死亡。3、使用特异性荧光探针LeadmiumTM Green AM来检测植物根尖内的Cd2+,发现麝香草酚能够显著抑制镉胁迫下水稻幼苗根Cd2+的含量。采用NO的特异荧光探针DAF-FM DA对水稻幼苗根尖内源NO进行原位检测,发现单独镉胁迫下,诱导水稻幼苗根尖内源NO大量累积。外源NO供体SNP与镉胁迫共同处理后,不仅增加了内源NO的水平,还加剧水稻幼苗根的镉毒害。而与单独镉胁迫相比,在镉胁迫的基础上加入麝香草酚或者NO的清除剂(cPTIO)和抑制剂(L-NMMA、Tungstate)后,都能够降低水稻幼苗根尖的内源NO上水平,同时也缓解了水稻幼苗根部的镉胁迫(如抑制根长、活性氧积累、细胞死亡)。此外,水稻幼苗根在单独镉胁迫下,能够通过增强NR和NOS酶的活力来产生大量NO,而镉胁迫引起的NO水平上升却能在添加麝香草酚后被抑制。这说明适宜的麝香草酚浓度能够通过抑制内源NO下游事件(如:氧化损伤,细胞死亡和Cd积累)来应对植物镉胁迫。4、麝香草酚能够显著增加镉胁迫下水稻幼苗根的根部的抗氧化酶(SOD、APX、CAT)活性和抗氧化物质(谷胱甘肽和抗坏血酸)含量,同时能够上调与抗氧化酶活性相关的基因(Mn-SOD、Cu/Zn-SOD、Fe-SOD、APX1/2、CATa/b)表达。这说明麝香草酚能够通过调控水稻幼苗根部的活性氧稳态来缓解盐胁迫。5、盐胁迫相关的基因(OsSOS1、OsHKT1;1、OsNHX1、OsNHX2、OsNHH3、OsNHX5)表达水平检测结果显示:单独盐胁迫下,能够诱导OsSOS1、OsNHX1、OsNHX2、OsNHX3、OsNHX5基因上调表达及OsHKT1;1基因的下调表达,而与单独盐胁迫相比,麝香草酚与盐胁迫共同处理后,其与盐胁迫相关的基因(OsSOS1、OsHKT1;1、OsNHX1、OsNHX2、OsNHX3、OsNHX5)表达均上调。这说明麝香草酚能够通过调控水稻幼苗根部的离子平衡来缓解盐胁迫。总之,本研究首次鉴定了麝香草酚调控植物耐盐胁迫或镉胁迫的生理机制,这为将麝香草酚开发为广谱的生物农药提供重要的参考信息。
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