论文部分内容阅读
化感作用是土荆芥成功入侵的主要机制之一，其挥发油可诱导细胞发生氧化损伤。为了深入揭示土荆芥化感胁迫诱导植物氧化损伤的细胞和分子机制，在确定了土荆芥挥发油主要成分的基础上，本研究以土荆芥挥发油及其两个主要成分α-萜品烯和对伞花素为供体，以土荆芥入侵地广泛种植的粮食作物玉米为受体，采用生物化学分析技术、活性氧原位染色、Ca2+原位染色、RT-qPCR等方法，从玉米幼根活性氧的积累以及受损伤的程度;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性，同工酶酶谱变化及其基因相对表达量;幼根钙离子的分布状况以及外源抗氧化剂的缓解作用等三个方面，探究土荆芥挥发油化感胁迫诱导玉米幼根氧化损伤的机制。结果如下: (1)土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素导致玉米幼根生长受阻。比较化感作用敏感指数可知，挥发油化感胁迫效应最为明显(0.53)，α-萜品烯次之(0.49)，对伞花素最弱(0.46)。 (2)在土荆芥挥发油、α-萜品烯、对伞花素作用下，SOD、POD、CAT三种抗氧化酶活性受到抑制，总体上表现与处理剂量和处理时间呈负相关。其中SOD活性受抑最为显著。挥发油的两种主要成分中，α-萜品烯对抗氧化酶活性的影响大于对伞花素;随着处理时间延长和处理剂量增加，POD同工酶和SOD同工酶的条带减少，条带颜色变浅，亮度变暗。CAT同工酶条带变暗，在高剂量长时间处理组条带消失;RT-qPCR结果表明，挥发油导致玉米幼根的SOD基因(ZmSOD)和POD基因(ZmPOD)的表达下调。在对伞花素和挥发油的作用下，CAT基因(ZmCAT)的相对表达量随着处理剂量增加而明显上调。在α-萜品烯作用下，ZmCAT的相对表达量在高剂量处理组明显被下调。整体来看，抗氧化酶活性与其基因的表达量具有显著的相关性。 (3)随着土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素处理剂量增大和处理时间延长，玉米根尖活性氧(ROS)积累量增大，ROS积累的区域从根冠向根尖分生区方向蔓延;Ca2+原位染色结果显示，在土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素化感胁迫下，玉米幼根Ca2+在根尖冠向分生区方向分布，且大量聚集在分生区。Ca2+积累区域总体上与ROS积累的区域相重合，且与ROS的积累量成正相关;氧化损伤程度指标丙二醛(MDA)的积累量也与处理剂量和处理时间呈正相关;施加外源AsA后，土荆芥化感胁迫对抗氧化酶活性的抑制效应明显缓解，ROS积累量也有所降低，随着AsA浓度增加，这种效应更加显著;上述结果表明，土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素化感胁迫诱导了玉米根尖细胞的氧化损伤，导致膜脂过氧化，膜通透性增大，Ca2+集聚在细胞质中，可能触发了细胞凋亡途径;在挥发油的两种主要成分中，与对伞花素相比，α-萜品烯的化感效应更为明显。 结论:土荆芥挥发油、α-萜品烯和对伞花素化感胁迫下调了玉米抗氧化酶基因，降低了抗氧化酶活性，改变了抗氧化酶表达谱系，导致ROS积累和膜脂过氧化，细胞膜通透性增大，胞外Ca2+内流，诱导了氧化损伤，并启动了细胞凋亡程序;土荆芥挥发油对玉米幼根抗氧化系统的化感胁迫效应最为明显，α-萜品烯次之，对伞花素最弱。