水稻鎳脅迫反應(yīng)及NO和H2S介導(dǎo)的解毒機(jī)制研究.pdf

1、鎳污染在世界各地，包括亞洲、歐洲和北美日趨普遍，威脅著植被，野生動(dòng)植物和人類的健康。中國(guó)是鎳的主要冶煉和生產(chǎn)地之一，也是鎳產(chǎn)品的主要消費(fèi)地。最近，中國(guó)環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部發(fā)布的“中國(guó)土壤污染狀況”聯(lián)合公報(bào)指出，中國(guó)耕地污染率為19.4％，其中Ni的污染超過4.8％。因此，中國(guó)耕地土壤的鎳污染是一個(gè)重要的環(huán)境問題，而了解鎳對(duì)水稻的毒害作用和機(jī)制，對(duì)于水稻安全生產(chǎn)和鎳污染水稻土的修復(fù)具有重要意義。然而，過去針對(duì)有關(guān)水稻對(duì)鎳脅迫反應(yīng)及其亞細(xì)

2、胞、基因表達(dá)等機(jī)制的研究尚缺乏廣泛和深入的研究。本研究在受控條件下開展了一系列水培試驗(yàn)，以揭示在NO和H2S存在或不存在的情況下，Ni脅迫水稻幼苗的生理，生物化學(xué)，代謝和分子生物學(xué)反應(yīng)，以及植物組織中的生物信號(hào)調(diào)節(jié)過程。研究的假設(shè)是，外源添加NO和H2S供體可能通過調(diào)節(jié)各種代謝途徑，調(diào)節(jié)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的產(chǎn)生，增強(qiáng)水稻的抗氧化防御系統(tǒng)及其基因表達(dá)水平來誘導(dǎo)水稻抗Ni脅迫的潛力。本研究的主要結(jié)果總結(jié)如下。
　　1、在水培條件下，研究了水

3、稻對(duì)不同鎳脅迫處理的反應(yīng)。結(jié)果表明，高濃度Ni處理?xiàng)l件下，水稻幼苗根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)、鮮重(FW)和干重(DW)都受到了抑制，這與光合色素含量的減少有關(guān)。檢測(cè)根部和莖葉中Ni的含量發(fā)現(xiàn)，Ni主要累積在根部，其次是莖葉。另外，Ni主要分布于細(xì)胞可溶性部分和細(xì)胞壁，其次是細(xì)胞器，說明可溶性部分和細(xì)胞壁這兩個(gè)部位在降低水稻植物Ni毒性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。鎳通過破壞氧化代謝來增加毒性，過氧化氫和丙二醛含量的增加表明鎳產(chǎn)生了毒害。Ni脅迫增加水稻根和莖葉中

4、過氧化氫酶、過氧化物酶的活性以及抗壞血酸和谷胱甘肽的含量，而降低超氧化物歧化酶的活性。Ni脅迫還引發(fā)脯氨酸的積累，降低可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖的含量。
　　2、研究了鎳脅迫對(duì)于水稻氮素代謝的影響。研究表明，隨著培養(yǎng)液中Ni濃度的增加，水稻葉片中硝酸鹽(NO3-)濃度下降。與對(duì)照相比，在最高鎳濃度處理(200μM)時(shí)，硝酸還原酶(NR)，亞硝酸還原酶(NiR)，谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)的活性分別顯著下降了56

5、％，39％，44％和11％。相反，銨離子(NH4+)濃度和谷氨酸脫氫酶(GDH)的活性分別增加了48％和46％。此外，與對(duì)照相比，大多數(shù)活性氨基轉(zhuǎn)移酶，如谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)和谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)活性分別被抑制了48％和36％。
　　3、研究探討了一氧化氮(NO)在改善水稻抗鎳毒害方面的作用。研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用外源性硝普鈉(SNP)能夠顯著促進(jìn)鎳脅迫下水稻幼苗的生長(zhǎng)，降低過氧化氫、丙二醛含量及電解質(zhì)的滲漏。這與硝普鈉降低鎳吸收、減少N

6、i誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激有關(guān)。NO對(duì)抗鎳毒性的積極作用也反映在其對(duì)光合色素、可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸的保護(hù)作用。此外，SNP能夠增加鎳脅迫水稻根部和莖葉部位的抗氧化能力，通過增加抗壞血酸水平，增強(qiáng)ROS解毒酶的活性，特別是過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)活性。并且，SNP處理也上調(diào)了Ni脅迫條件下水稻莖葉中CAT，POD，抗壞血酸過氧化物酶，谷胱甘肽還原酶和超氧化物歧化酶等基因的轉(zhuǎn)錄水平。施用不同的硫化物和NO清除劑cPTIO的試驗(yàn)研究發(fā)

7、現(xiàn)，NO有助于改善Ni脅迫下水稻幼苗的生長(zhǎng)狀況，而不是SNP的其他副產(chǎn)物。
　　4、研究了使用H2S的供體硫氫化鈉(NaHS)緩解水稻Ni脅迫的效果。結(jié)果表明，NaHS抑制了Ni脅迫的不利影響，特別是在水稻生長(zhǎng)、凈光合作用、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度等方面。葉綠體超微結(jié)構(gòu)的透射電子顯微鏡顯示了H2S對(duì)水稻光合機(jī)制的保護(hù)作用。施加NaHS能夠降低Ni脅迫植物的根和葉中的Ni含量，緩解鎳脅迫引起的水稻葉片NO3-含量降低，及N