外源NO介导Cu胁迫下番茄GSH-PCs合成途径

一氧化氮(NO)作为生物活性分子,广泛参与各种生物和非生物胁迫.采用营养液培养,研究了Cu胁迫下外源NO介导的番茄还原型谷胱甘肽 植物螯合肽(GSH PCs)合成途径中相关酶活性及代谢产物的变化.结果表明: 与对照(CK)相比,Cu胁迫可以显著激活番茄体内γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-ECS)、谷胱甘肽合成酶(GS)活性,根系GSH、PCs含量急剧升高,且随着处理时间的延长,γ-ECS、GS活性和GSH、PCs含量呈持续上升趋势;添加外源硝普钠(SNP, NO供体)可以进一步提高Cu胁迫下番茄根系γ-ECS、GS活性,促进GSH、PCs的合成,增强清除过氧化物的能力,并螯合过多的Cu²⁺,降低其生物毒性.叶片中的GSH-PCs代谢变化在一定程度上滞后于根系.外源丁硫氨酸-亚砜亚胺(BSO,GSH合成抑制剂)显著抑制根系γ-ECS活性,添加SNP可以显著逆转根系中BSO对GSH和PCs合成的抑制,对叶片中PCs合成的影响较小.Cu胁迫下,外源NO可能启动了某些信号机制,并通过激活或增强GSH-PCs合成途径中的酶促和非酶促系统,降低过多的Cu²⁺的生物毒性和氧化伤害.     

外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系抗坏血酸谷胱甘肽循环的影响

采用营养液培养方法,研究外源NO对铜胁迫下番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)幼苗根系抗坏血酸(AsA)-谷胱甘肽(GSH)循环中抗氧化物质和抗氧化酶系的影响.结果表明：外施适量NO(硝普钠)可提高铜胁迫下番茄幼苗根系AsA、GSH含量和AsA/DHA(氧化型抗坏血酸)、GSH/GSSG(氧化型谷胱甘肽),降低DHA和GSSG含量.添加100 μmol·L^-1 BSO(谷胱甘肽合成酶抑制剂)处理下,外源NO可提高铜胁迫下番茄幼苗根系的AsA含量、AsA/DHA及抗坏血酸酶(AAO)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)比活性,降低DHA、GSH、GSSG含量及抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)比活性;添加250 μmol·L^-1 BSO处理下,外源NO提高了铜胁迫下番茄幼苗根系的AsA、GSH、GSSG含量、AsA/DHA及APX和GR比活性,降低了DHA含量及AAO、DHAR和MDHAR比活性.说明外源NO影响了铜胁迫下番茄根系的AsA-GSH代谢循环,并通过调节AsA/DHA、GSH/GSSG的变化来减轻氧化胁迫,从而缓解铜胁迫对番茄根系的伤害.     

外源NO对Cu胁迫下番茄Cu的亚细胞分布和化学形态的影响

采用营养液培养方法,研究外源NO供体硝普钠(SNP)处理对50μmol·L-1Cu2+胁迫下番茄幼苗Cu的亚细胞分布和化学形态的影响.结果表明:Cu胁迫下,番茄幼苗的生物量和株高显著降低33.7％和23.1％,外源NO能够显著缓解这种抑制作用,但各器官中Cu的含量和累积量仍显著升高.Cu胁迫下,番茄幼苗各器官的Cu含量和累积量大小依次为根系＞叶片＞茎＞叶柄,幼苗根系吸收的Cu向地上部的转运大幅降低,外源NO只能缓解而不能消除这种作用.外源NO可以使Cu胁迫下幼苗各器官的液泡和细胞壁中Cu含量显著上升,细胞器中Cu含量降低,从而减轻过多Cu对胞质生理生化代谢的伤害,增强组织细胞对Cu的耐性.外源NO可以提高番茄幼苗根系中醋酸提取态铜(FHAc)、茎中氯化钠提取态铜(FNaCl)、叶柄中FHAc、叶片中乙醇提取态铜(FE)和FNaCl的含量,降低水溶态铜(Fw)的含量与比例,以降低过多铜的生物毒性.     

基质供水状况对甜椒穴盘苗C、N代谢产物的影响及其与发育的关系

在基质供水状况分别为90％、75％、60％、45％、30％RWC供水下限处理条件下,对甜椒穴盘苗碳氮代谢产物的变化及其与发育的关系进行了探讨。结果表明：随着供水下限的降低,作为渗透调节物质和C代谢原料的可溶性糖迅速积累,这有利于提高逆境下幼苗的适应性。蔗糖与可溶性糖积累同步,是可溶性糖的主要成分。淀粉与总碳水化合物变化趋势基本一致,其变化趋势在一定程度上反映了碳水化合物的积累状况。供水状况对总N影响不太大,但显著改变蛋白氮和非蛋白氮的比例。非蛋白氮和游离氨基酸含量随供水下限降低显著上升,而蛋白氮却显著下降。水分变化主要通过改变N的源库关系,导致生长发育延迟。硝酸还原酶活性的升高并没有弥补缺水而致N素吸收的降低。C、N代谢问存在互为消长的关系,75％供水下限处理的甜椒C／N比最高,开花最早。综合生长发育及碳、氮代谢,认为75％基质相对含水量为甜椒穴盘苗适宜的供水下限。     

外源NO对镉胁迫下番茄活性氧代谢及光合特性的影响

采用水培方法,研究了外源一氧化氮(NO)对镉(Cd)胁迫下番茄幼苗活性氧代谢及光合特性的影响.结果表明:在Cd胁迫下,外施100μmol·L-1硝普钠(SNP)显著增强了番茄超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性,提高了叶片、根系中Ca、Fe等元素含量,提高了叶片叶绿素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),降低了过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)含量和胞间CO2浓度(Ci).但SNP对Cd胁迫下的缓解效应可被牛血红蛋白(Hb,NO的清除剂)消除.在Cd处理液中加入100μmol·L-1NOx-(NO的分解产物)或100μmol·L-1亚铁氰化钠(SNP的相似物或分解产物),对Cd胁迫无显著改善.表明外源NO可通过提高活性氧清除能力,维持矿质营养元素平衡,缓解Cd胁迫对番茄幼苗叶片光合机构的破坏,从而维持番茄光合效率.     

外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系构型及其超微结构的影响

采用营养液水培的方法,以“改良毛粉802F1”番茄为材料,硝普钠（sodiumnitroprusside,sNP）为一氧化氮（N0）供体,研究外源N0对铜胁迫下番茄幼苗根系构型及其超微结构的影响。结果表明,50μmol·L-1的铜胁迫下,外施100μmol·L-1 SNP能够显著增加番茄幼苗植株的生物量、株高和茎粗,提高根系活力,改善根系构型中的根长度、根平均直径、根表面积和根体积,缓解番茄幼苗亚细胞结构（细胞核、线粒体、叶绿体、液泡、核膜）的改变,维持番茄幼苗组织结构的稳定,减缓铜胁迫对植株生长的抑制作用,添加NO清除剂牛血红蛋白后,能显著消除NO的缓解效果。     

外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响

采用营养液培养方法,研究外源NO对铜胁迫下番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)幼苗根系抗坏血酸(AsA)-谷胱甘肽(GSH)循环中抗氧化物质和抗氧化酶系的影响.结果表明:外施适量NO(硝普钠)可提高铜胁迫下番茄幼苗根系AsA、GSH含量和AsA/DHA(氧化型抗坏血酸)、GSH/GSSG(氧化型谷胱甘肽),降低DHA和GSSG含量.添加100 μmol·L-1 BSO(谷胱甘肽合成酶抑制剂)处理下,外源NO可提高铜胁迫下番茄幼苗根系的AsA含量、AsA/DHA及抗坏血酸酶(AAO)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)和脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)比活性,降低DHA、GSH、GSSG含量及抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)比活性;添加250 μmol·L-1 BSO处理下,外源NO提高了铜胁迫下番茄幼苗根系的AsA、GSH、GSSG含量、AsA/DHA及APX和GR比活性,降低了DHA含量及AAO、DHAR和MDHAR比活性.说明外源NO影响了铜胁迫下番茄根系的AsA-GSH代谢循环,并通过调节AsA/DHA、GSH/GSSG的变化来减轻氧化胁迫,从而缓解铜胁迫对番茄根系的伤害.     

NO3-胁迫对草莓幼苗光合特性和氮代谢的影响

沙培条件下,以16 mmol NO₃^-·L^-1为对照,研究不同浓度NO₃^-(64、112 和160 mmol·L^-1)对草莓幼苗光合特性和氮代谢的影响.结果表明： 处理8 d后,随NO₃^-浓度的增加,草莓叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和光化学猝灭系数(q_P)均显著降低,当NO₃^-浓度达到160 mmol·L^-1时,较对照分别降低67.7%、68.4%、35.7%、23.2%、26.9%;非光化学猝灭系数(q_N)逐渐升高,64、112 和160 mmol NO₃^-·L^-1处理较对照分别升高4.4%、10.9%、75.8%;胞间CO₂浓度(C_i)呈先降低后升高趋势,气孔限制值(L_s)呈先升高后降低趋势.随NO₃^-浓度增加,草莓叶片及根系中硝态氮、铵态氮、全氮和凯氏氮含量逐渐增加,蛋白氮含量减少.硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均随NO₃^-浓度增加呈现先升高后降低趋势.随NO₃^-处理浓度增加草莓幼苗叶片净光合速率下降,PSⅡ电子传递受阻,氮素积累,高浓度下氮代谢酶活性降低,营养液中NO₃^-浓度为64 mmol·L^-1时开始产生胁迫,不利于草莓幼苗的生长.     

铜、镉胁迫下外源NO介导的番茄解毒途径

一氧化氮(NO)作为信号分子,在抵御重金属胁迫中起重要作用,但对不同离子胁迫下的解毒机制尚缺乏研究.本研究采用营养液培养法,研究了铜(Cu)、镉(Cd)单一或复合胁迫下,番茄幼苗对Cu、Cd的吸收转运特性及对外源NO的响应机制.结果表明: 50 μmol·L^-1的Cu²⁺、Cd²⁺均显著抑制番茄植株的生长,其中Cd胁迫对生长的抑制效应远高于Cu胁迫.Cu、Cd单一或复合胁迫均使番茄根系Cu、Cd含量显著升高,但根系对Cu、Cd吸收存在严格选择性.根细胞对必需元素Cu表现出“奢侈吸收”的现象,而对毒性较强的Cd则吸收相对较少,胞内Cd浓度仅为Cu的1/10左右.外源NO处理可不同程度地缓解Cu、Cd胁迫,其中缓解Cd胁迫的效能更强.番茄对被动进入细胞的Cu、Cd具有相似的解毒机制:一方面,Cu、Cd胁迫诱导细胞质中产生谷胱甘肽(GSH)、植物螯合肽(PCs)和金属硫蛋白(MTs),络合过多的Cu、Cd离子,降低其生物毒性;另一方面,过多的Cu、Cd离子或螯合物被转运至液泡区隔化.外源NO通过调控GSH-GSSG(氧化型谷胱甘肽)氧化还原状态及GSH-PCs代谢方向的改变,促进Cu、Cd离子转运至液泡区隔化来缓解胁迫抑制;NO还可诱导植株叶片或根系表达更多的金属硫蛋白、GSH和PCs,而且上述响应普遍存在叠加效应.这可能是NO介导番茄对Cu、Cd胁迫的另一主要解毒途径.     

外源油菜素内酯(EBR)对Cu胁迫期间番茄幼苗的缓解效应

采用营养液水培的方法,以‘改良毛粉802F1’番茄为供试材料,通过检测番茄植株内激素、根系分泌物、氨基酸、电解质渗漏率和生物量的变化,研究外源2,4-表油菜素内酯(2,4-EBR,EBR)对Cu胁迫下番茄的缓解效应及机制。结果表明,与Cu胁迫处理相比,喷施0.1 mg·L-1的EBR能显著提高叶片内源ZR和GA含量,显著降低根系中ZR、ABA和IAA的含量,同时提高番茄植株内各种有机酸的含量,其中柠檬酸含量升高482.2%,乳酸含量为0.187 mg·g-1。植株中氨基酸总量增加了11.1%,生物量增加20.9%。表明外源EBR可以降低Cu的生物毒性,减缓过多Cu对番茄幼苗的抑制作用。