铝胁迫下过氧化氢对大豆耐铝性的调控及其与水杨酸信号互作关系的研究

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世界上约50%的潜在可耕地土壤为酸性(pH<5.0)。铝(Al)毒是酸性土壤上影响作物产量的主要限制因子之一。根尖是植物感应Al并产生应激反应的主要部位。Al胁迫条件下根系有机酸的分泌被认为是植物最重要的耐Al机理之一,但其调控机制目前仍未明确。过氧化氢(H2O2)参与植物体内多种生理生化过程,近年来关于H2O2增强植物对各种非生物和生物胁迫抗性方面的功能得到了广泛关注。水杨酸(SA)作为植物体内一种重要的信号分子,在植物抗生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。本实验室前期试验研究证明,Al能诱导大豆根尖内源SA含量的增加,SA作为一种信号分子参与了大豆根系柠檬酸的代谢与运输,缓解Al诱导的大豆根尖氧化胁迫,在大豆耐Al过程中起着重要作用。本试验以大豆耐Al品种吉育70为试验材料,研究了Al胁迫下H2O2预处理对大豆耐Al性的调控,并进一步研究其与SA信号分子的互作关系。首先从Al胁迫下外源H2O2预处理对大豆根伸长、根尖Al含量、丙二醛(MDA)含量、根系柠檬酸分泌速率及相关转运体基因定量表达等方面的影响,探讨了H2O2对大豆耐Al性的调控;从抗氧化系统方面研究了Al胁迫下H2O2与SA信号分子的互作关系,为进一步揭示大豆耐Al机理以及耐Al性状的遗传改良提供了理论依据。取得的实验结果主要有:1.过氧化氢对大豆耐铝性的调控外源H2O2能缓解Al对根伸长的抑制作用,且在低浓度(10μM)时效果最显著,同时降低了Al在根尖中的积累。此外,10μM H2O2预处理能通过降低内源H2O2和丙二醛(MDA)含量,来缓解Al毒引起的氧化胁迫。Al胁迫条件下H2O2预处理在前期能增加Al诱导大豆根系柠檬酸的分泌,并提高了大豆柠檬酸转运体Gm-MATE1基因的转录表达水平。上述结果表明,H2O2可能在Al胁迫诱导的柠檬酸运输过程中起着重要的调控作用。2. Al胁迫下H2O2与SA信号互作关系的研究Al胁迫下,外源SA可诱导大豆根尖内源H2O2的快速积累,且在6h处达到峰值,但随着处理时间的延长(9,12h)内源H2O2反而下降; Al胁迫条件下,利用外源H2O2进行预处理,内源自由态SA含量只在6h处稍有增加,其余时间点均没有明显变化,内源结合态SA(SAG)含量也没有发生显著变化, SA合成关键酶PAL的活性也没有显著性影响。上述结果说明,Al胁迫下H2O2可能参与并作为SA信号转导途径的下游信号分子对大豆耐Al性进行调控。SA通过调控抗氧化系统相关酶活性,降低了Al诱导的氧化胁迫伤害,从而缓解了Al毒。而施加过氧化氢清除剂(DMTU)可逆转SA对抗氧化系统酶APX、SOD的调控作用,CAT除外。而Al胁迫下外源H2O2预处理也可提高APX与SOD的活性,但对CAT活性没有显著影响。这与DMTU逆转SA调控的APX、SOD活性相一致,进一步证明了Al胁迫条件下H2O2参与介导了SA对抗氧化系统的调控。综上结果表明,H2O2可能参与了SA调控大豆耐Al的信号转导途径,并作为该信号转导途径的下游信号分子对大豆耐Al性进行调控。
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