外源H2S提高黄瓜耐盐性生理机制研究

来源 :陕西理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tc_b074220
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硫化氢(H2S)是继CO和NO之后,生物体内被发现的第三种气体信号分子。近年来,H2S在调控植物的生长发育、气孔运动、侧根形成和植物抗逆性(如干旱、高盐、热激、低温、重金属等)多项生理功能中发挥重要作用。但其在黄瓜耐盐中的生理生化机制尚不清楚。因此,本文以Hoagland营养液水培20 d苗龄的盐敏型黄瓜“春夏秋王”为试材,通过200 m M Na Cl盐溶液以及5~20μM Na HS(H2S的一种供体试剂)溶液处理7d,得到如下结果:(1)形态方面:盐胁迫导致黄瓜幼苗生长受到抑制,部分叶片后期出现萎蔫、发黄,黄瓜幼苗的生存率和第2片真叶展开率明显降低。同时,盐胁迫也降低了植株鲜重,根鲜重,幼苗总鲜重,幼苗总长度,植株干重,根干重,叶面积和根长的降低。通过不同浓度H2S处理后,盐胁迫引起的生长抑制得到明显缓解,上述形态指标均有明显升高,其中以15μM Na HS溶液处理效果最佳。(2)光合参数:盐胁迫降低了黄瓜幼苗的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量、叶黄素含量以及光系统Ⅱ最大光能转化率(Fv/Fm)、潜在光化学效率(Fv/F0)、实际光量子效率(ΦPSII)和光化荧光猝灭(q L),升高了初始荧光(F0)和非光化荧光猝灭(NPQ)水平。通过不同浓度的H2S处理后,Pn、Tr、Gs、叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量、叶黄素含量以及Fv/Fm、Fv/F0、ΦPSII、q L均显著升高,F0和NPQ则显著降低。表明H2S能够减轻盐胁迫对光合结构的伤害,调节盐胁迫下黄瓜幼苗的光合作用。(3)气孔运动:盐胁迫显著降低了黄瓜叶片气孔的开合度(67%)和宽度(74%)、增加了气孔的长度(32%)和数目(37%)。通过H2S处理后,与盐胁迫组相比幼苗的气孔开合度和宽度均显著增大,分别增加了108%和81%;气孔的长度和数目均显著降低,分别降低了16%和23%。以上结果表明,H2S通过调节气孔数目、大小和开合度来影响黄瓜的光合作用与蒸腾作用。(4)活性氧积累与细胞膜伤害:盐胁迫显著提高了黄瓜幼苗H2O2、O2-.、丙二醛(MDA)含量和相对电导率(REC),使活性氧大量堆积,膜脂过氧化程度加重。通过不同浓度H2S处理后,以上指标均明显下降,活性氧的积累以及膜质过氧化程度均显著降低。(5)H2S代谢:L-半胱氨酸脱巯基酶(L-CD)、D-半胱氨酸脱巯基酶(D-CD)、β-氰基丙氨酸合成酶(CAS)和半胱氨酸合成酶(OAS-TL)是与H2S代谢相关的4种重要酶类。盐胁迫显著降低了黄瓜幼苗叶中内源H2S的含量、L-CD、D-CD的活性以及根中内源H2S的含量、L-CD、D-CD和CAS的活性,提高了叶中CAS、OAS-TL和根中OAS-TL的活性。经过外源H2S处理后,叶中内源H2S含量、L-CD、D-CD活性和根中内源H2S含量、L-CD、D-CD、CAS活性均明显升高,叶中CAS、OAS-TL活性及根中OAS-TL活性则明显降低。结果表明,外源Na HS的应用可以通过提高内源H2S的含量来提高黄瓜的耐盐性。(6)离子平衡和渗透调节:与对照组相比,盐胁迫下黄瓜幼苗叶和根中Na+的浓度显著升高,K+的浓度显著降低,Na+/K+也显著升高。通过H2S处理显著改善了这一趋势,降低了Na+的吸收,K+的外排,协调了细胞中Na+和K+的比例,从而改善Na+/K+的平衡稳态。另一方面,盐胁迫增大了叶中脯氨酸和可溶性糖的含量,外源H2S的应用降低了以上两种渗透调节物质的含量,而根中各组均无显著性变化。结果表明,外源H2S可以通过调节Na+/K+平衡和叶中渗透调节物质的含量进而减轻盐胁迫对黄瓜幼苗的伤害。(7)抗氧化系统:盐胁迫下,黄瓜幼苗叶和根中的抗氧化物质和抗氧化酶呈现不同的变化趋势,其中ASA、GSH的含量和GR的活性在叶中明显升高,在根中明显降低;通过H2S处理后显著改善了以上各指标的变化趋势,并且在根中GSH的含量甚至高于对照组。而盐胁迫下CAT的活性在叶和根中的含量均明显降低,SOD和POD的活性在叶和根中均有一定程度的升高,通过H2S处理后CAT活性明显升高,SOD和POD活性明显降低。结果显示H2S对盐胁迫下黄瓜幼苗的抗氧化系统有明显的改善作用,且这种改善作用在叶和根中表现出差异,可能与Na+/K+在根和叶中的运输密切有关。以上结果表明,外源H2S可以通过调节Na+/K+平衡、H2S代谢关键酶、叶绿素含量、气孔开合度和气孔密度以及抗氧化物质的水平和抗氧化物酶的活性来缓解Na Cl胁迫对黄瓜造成的生长抑制、光合作用降低、蒸腾作用下降、活性氧积累、细胞膜损伤和细胞内渗透压从而有效提高黄瓜的耐盐性。
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