鑭對(duì)UV-B輻射脅迫下大豆幼苗內(nèi)源激素與類黃酮代謝影響.pdf

1、臭氧層衰減誘發(fā)UV-B輻射抵達(dá)地球表面增加,對(duì)陸生植物的影響引起世人廣泛關(guān)注。探討稀土對(duì)UV-B輻射脅迫傷害植物的影響與機(jī)理,是稀土環(huán)境植物學(xué)研究的拓展和延伸,其結(jié)果可為減輕UV-B輻射傷害植物的防護(hù)對(duì)策提供參考。本文采用水培方法,以油料作物大豆(Glycine max)為實(shí)驗(yàn)材料,以生理學(xué)、生物化學(xué)及物理化學(xué)方法為研究手段;以La(Ⅲ)對(duì)UV-B輻射脅迫下大豆幼苗生長(zhǎng)、內(nèi)源激素與芳香族氨基酸含量、類黃酮代謝關(guān)鍵酶的影響與機(jī)理為內(nèi)容;從

2、環(huán)境生態(tài)角度,生理生化及酶分子水平,揭示La(Ⅲ)對(duì)UV-B輻射脅迫下植物內(nèi)源激素和類黃酮代謝的影響與機(jī)理;為科學(xué)評(píng)價(jià)稀土對(duì)UV-B輻射脅迫傷害植物的影響;豐富UV-B輻射生態(tài)學(xué)理論,提供參考,主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)UV-B輻射脅迫下,大豆幼苗根系活力下降,抑制了營(yíng)養(yǎng)元素吸收,破壞葉片形態(tài),降低葉片光合作用,最終導(dǎo)致整個(gè)植物干物質(zhì)累積量降低,此效應(yīng)隨UV-B輻射脅迫劑量增加而加劇。La(Ⅲ),(20 mg/L)能提高大

3、豆根系活力、葉綠素含量、礦質(zhì)元素含量,進(jìn)而促進(jìn)光合作用,提高葉片葉面積及大豆幼苗鮮(干)重,促進(jìn)大豆幼苗的生長(zhǎng)。La(Ⅲ)(20 mg/L)的介入使逆境中的大豆幼苗也能盡量維持對(duì)光能的吸收和利用,從而滿足植物自身恢復(fù)所需的能量和物質(zhì),緩解UV-B輻射對(duì)葉片損傷。高劑量La(Ⅲ)(60 mg/L)降低大豆根系活力、葉綠素含量、礦質(zhì)元素含量,進(jìn)而抑制光合作用,降低葉片葉面積及大豆幼苗鮮(干)重,抑制大豆幼苗的生長(zhǎng)。La(Ⅲ)(60 mg/L

4、)+UV-B輻射脅迫處理對(duì)大豆幼苗起到了協(xié)同抑制作用。La(Ⅲ)(60mg/L)的介入加劇了植物自身恢復(fù)所需能量和物質(zhì)的減少,使逆境中的大豆幼苗表現(xiàn)出受到復(fù)合脅迫傷害的作用。適量La(Ⅲ)可緩解UV-B輻射脅迫對(duì)大豆生長(zhǎng)的抑制作用,而高劑量La(Ⅲ)可加劇UV-B輻射脅迫對(duì)大豆生長(zhǎng)的抑制作用。
　　 (2)UV-B輻射脅迫下,大豆幼苗IAA、GA和CTK含量下降,ABA、ETH含量和IAAO活性增加,器官生長(zhǎng)發(fā)育減緩、形態(tài)結(jié)構(gòu)改

5、變、生物量下降,此效應(yīng)隨UV-B輻射脅迫劑量增加而加劇。La(Ⅲ)(20 mg/L)能提高UV-B輻射脅迫下大豆幼苗IAA、GA和CTK含量、降低ABA含量、IAAO活性和乙烯含量,減輕UV-B輻射脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制,緩解植株生長(zhǎng)與類黃酮合成的矛盾,減緩UV-B輻射對(duì)植株傷害。La(Ⅲ)(20mg/L)對(duì)植物的影響,可能與La(Ⅲ)(20 mg/L)增加類黃酮含量,減輕UV-B輻射脅迫傷害,穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),維持植物水勢(shì),降低植物對(duì)脅迫

6、的應(yīng)激反應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)。La(Ⅲ)(60mg/L)能降低LIV-B輻射脅迫下大豆幼苗IAA、GA和CTK含量、促進(jìn)ABA含量、IAAO活性升高,加劇UV-B輻射脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制,進(jìn)而加劇UV-B輻射脅迫對(duì)植株傷害。復(fù)合脅迫使細(xì)胞增殖與生長(zhǎng)、器官生長(zhǎng)發(fā)育減緩、形態(tài)結(jié)構(gòu)改變,生物量下降。大豆幼苗內(nèi)源乙烯釋放量在La(Ⅲ)(20 mg/L)和UV-B輻射脅迫共同作用下降低,源于1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)含量和氨基環(huán)丙烷羧酸合酶活性的減

7、少。La(Ⅲ)(20 mg/L)通過加速大豆幼苗中自由基的清除,提高細(xì)胞膜保護(hù)系統(tǒng)活性和保持細(xì)胞膜透性來抑制乙烯的生成。La(Ⅲ)(60 mg/L)表現(xiàn)出相反的結(jié)果。
　　 (3)UV-B輻射脅迫下,大豆幼苗Trp含量下降,Phe、Tyr含量,DAttPS活性升高。其結(jié)果導(dǎo)致植物自身IAA含量下降,抑制植物生長(zhǎng)。Phe、Tyr含量及DAHPS活性升高,使植物向著類黃酮代謝途徑的方向生長(zhǎng),進(jìn)而競(jìng)爭(zhēng)性抑制了有機(jī)化合物向著植物生長(zhǎng)的方

8、向運(yùn)行;與此同時(shí),植物次生代謝作用被增強(qiáng)(類黃酮含量提高),植物把更多的資源分配于防御機(jī)制,從而導(dǎo)致生長(zhǎng)減緩,生物量下降。La(Ⅲ)(20 mg//L)通過提高Trp含量,有利于植物IAA含量的提高,同時(shí)通過提高大豆幼苗DAHPS活性及Phe、Tyr含量來促進(jìn)類黃酮合成。類黃酮含量增加減少了進(jìn)入植株體內(nèi)的UV-B輻射凈通量,減輕了UV-B輻射脅迫對(duì)大豆幼苗的傷害。La(Ⅲ)(60 mg/L)通過抑制大豆幼苗Trp、Phe、Tyr含量及D

9、AHPS活性進(jìn)而抑制類黃酮合成。類黃酮含量減少?gòu)亩觿×诉M(jìn)入植株體內(nèi)的UV-B輻射凈通量,增加了UV-B輻射脅迫對(duì)大豆幼苗的傷害。La(Ⅲ)(60 mg/L)+UV-B輻射脅迫處理對(duì)大豆幼苗表現(xiàn)出復(fù)合脅迫傷害作用。
　　 (4)UV-B輻射脅迫下,PAL活性、C4H活性、4CL活性、CHS活性及類黃酮含量升高,但在恢復(fù)期急劇下降。La(Ⅲ)(20 mg/L)的介入有效提高PAL活性、C4H活性、4CL活性、CHS活性及類黃酮含量

10、為植物抵御UV-B輻射脅迫提供屏障。La(Ⅲ)(60 mg/L)的介入抑制了PAL活性、C4H活性、4CL活性、CHS活性及類黃酮含量,不利于類黃酮的合成,對(duì)植物抵御UV-B輻射脅迫起負(fù)作用。La(Ⅲ)(20 mg/L)和UV-B輻射均能促進(jìn)類黃酮代謝關(guān)鍵酶活性及類黃酮含量升高,但其機(jī)理不一致,前者是主動(dòng)的促進(jìn),而后者是植物面對(duì)脅迫時(shí)的一種應(yīng)激反應(yīng),是被動(dòng)的提高。La(Ⅲ)(20 mg/L)對(duì)類黃酮代謝關(guān)鍵酶活性及類黃酮含量調(diào)控效果與脅

11、迫強(qiáng)度有關(guān),即對(duì)低劑量UV-B輻射脅迫的緩解效果優(yōu)于高劑量。
　　 (5)通過分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算,發(fā)現(xiàn)CHS蛋白表面存在大量負(fù)電荷集中區(qū)。根據(jù)化學(xué)原則,La(Ⅲ)易與CHS蛋白相互作用,導(dǎo)致CHS蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。UV-B輻射導(dǎo)致Tyr和Trp殘基的熒光同時(shí)被淬滅,CHS肽鏈上的酰氨基吸收峰及芳香氨基酸(Tyr和Trp)殘基帶的紫外吸收峰值下降,從而改變了分子的空間結(jié)構(gòu),降低CHS活性。低劑量La(Ⅲ)與CHS肽鏈中的酰氨基團(tuán)上