NO对盐胁迫下长春花种子萌发和幼苗生理代谢的影响

为探讨NO对盐胁迫下长春花（Catharanthus roseus）种子萌发及幼苗生长的缓解作用,在50 mmol·L^-1 NaCl胁迫下,研究了不同浓度外源NO供体硝普钠（SNP）处理对长春花种子萌发及幼苗生理代谢的影响。研究表明：盐胁迫抑制长春花种子萌发,0.1 mmol·L^-1 SNP缓解盐胁迫对长春花种子萌发和幼苗生长效果最好,显著提高种子发芽率、发芽指数、活力指数和叶片中脯氨酸（Pro）含量,降低了丙二醛（MDA）含量,0.1~0.5 mmol·L^-1 SNP下硝酸还原酶（NR）活性增强,大于0.5 mmol·L^-1 SNP加重盐胁迫伤害。适当浓度的NO可有效缓解盐胁迫对长春花种子和幼苗的伤害。     

钙离子参与一氧化氮促进盐胁迫下的玉米种子萌发

0.001～1.0 mmol·L~(-1)一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)均能提高玉米种子的发芽率,缓解盐胁迫下种子萌发的抑制作用,其中0.1 mmol·L~(-1)SNP的效果最佳。用胞外游离Ca~(2 )螯合剂EGTA、质膜Ca~(2 )通道阻断剂LaCl_3和液泡Ca~(2 )释放抑制剂钌红与0.1 mmol·L~(-1) SNP共处理,均能减弱或抵消SNP促进种子萌发的作用。据此推测,钙离子参与SNP促进盐胁迫下玉米种子萌发的信号转导过程。     

外源NO对NaCl胁迫下长春花幼苗生物量和叶绿素荧光的影响

在温室条件下采用盆栽法,研究了50mmol·L-1NaCl胁迫下5个不同浓度外源NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)对长春花(Catharanthus roseus)幼苗生物量、叶绿素含量和叶绿素荧光的影响。结果表明:(1)鲜重和干重均在S2(50mmol·L-1NaCl+0.1mmol·L-1SNP)处理下达到最高,分别较对照S0(50mmol·L-1NaCl)显著增加18.8%和13.9%。叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素与生物量相似,均在S2处理下含量最高,但它们均与S0无显著差异,叶绿素a/b变化较为复杂。(2)0.1mmol·L-1SNP缓解盐胁迫对PSⅡ反应中心的破坏效果最好,显著提高50mmol·L-1NaCl胁迫下长春花幼苗叶片的可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、实际光化学效率(φPSⅡ)和光化学荧光猝灭系数(qP),降低了初始荧光(Fo)、非光化学荧光猝灭系数(qN)。综上所述,0.1mmol·L-1SNP能够通过降低盐胁迫对叶绿素的降解和对PSⅡ反应中心的破坏,促进幼苗生长,提高对50mmol·...     

基于核磁共振波谱的盐芥盐胁迫代谢组学分析

以甲醇/水(1∶1)作为溶剂,利用高分辨核磁共振氢谱分析了盐生模式植物盐芥(Thellungiella salsuginea)代谢组对盐胁迫的响应。根据1H核磁共振(NMR)波谱,在盐芥莲座叶中准确鉴定出23种代谢产物,包括11种氨基酸、4种糖类、6种有机酸和2种其他代谢产物。主成分分析表明,150、300 mmol/L NaCl处理盐芥的代谢组与对照均有显著差异(P<0.05),两种浓度的NaCl处理对盐芥代谢组的影响也不相同。盐胁迫处理以后,盐芥23种代谢产物含量均发生显著变化,除天冬氨酸、延胡索酸受盐胁迫诱导含量下降以外,其余代谢物含量均不同程度升高。这些代谢物主要参与了糖类代谢途径、氨基酸合成途径、三羧酸循环和甜菜碱合成途径,这些代谢途径在盐芥响应盐胁迫过程中有重要作用。     

紫薇响应盐胁迫和碱胁迫的代谢组分析

为探究‘红叶’紫薇(Lagerstroemia indica ‘Pink Velour’)对盐胁迫和碱胁迫的代谢响应机制,对‘红叶’紫薇1年生无性扦插苗分别进行盐胁迫(NaCl,pH=7.02)和碱胁迫(NaHCO₃和Na₂CO₃的Na⁺摩尔比为2:1,pH=9.52)处理,采用液相色谱质谱(LC-MS)分析叶片代谢组学变化,并比较2个处理组与对照(CK)之间的代谢差异。结果表明：与CK相比,盐处理组共筛选出156个差异代谢物,碱处理组共筛选出176个差异代谢物,2个对比组共有23个差异代谢物,其余均为特有差异代谢物。KEGG富集分析表明,次生代谢产物生物合成、氨基酸代谢、糖类代谢、脂肪酸代谢和植物激素合成是响应盐胁迫和碱胁迫的主要代谢通路;甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸合成代谢、ABC转运蛋白和维生素B₆合成代谢是盐胁迫组的特有代谢通路;缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、精氨酸和脯氨酸生物合成代谢、叶酸合成代谢,以及戊糖和葡萄糖醛酸相互转化和抗坏血酸合成代谢是碱胁迫组的特有代谢通路。这些差异...     

一氧化氮参与调节盐胁迫诱导的玉米幼苗脱落酸积累

以三叶一心期的玉米幼苗为实验材料,研究了盐胁迫下玉米幼苗根尖和叶片中一氧化氮（NO）和脱落酸（ABA）积累之间的关系。结果表明,盐胁迫下玉米幼苗NO和ABA的含量均增加,用NO供体硝普钠（Sodium nitroprusside,SNP）处理时,ABA含量亦增加,且累积的时间较盐胁迫下早。用NO合成的抑制剂L-NAME （Nω-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride）和NaN,处理时,可减弱盐胁迫诱导的ABA含量的增加,用NO清除剂cPTIO处理时,这种盐胁迫诱导的ABA增加减少。推测盐胁迫下产生的NO参与调节ABA的积累及逆境下植物的防御反应。     

盐胁迫下花生种子萌发期代谢组学分析

盐碱地高盐分会降低种子活力、抑制萌发出苗,严重制约盐碱地区花生生产和产业发展。种子萌发过程中物质代谢对种子发芽及植株形态建成至关重要,逐渐成为评价种子活力和品质的重要指标。以不同萌发期花生种子为研究对象,利用生理指标和高效液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）分析方法,研究了盐胁迫下花生种子不同萌发期主要营养物质含量和差异代谢物的变化。种子吸水萌发促进了脂肪、蛋白质、可溶性糖代谢,随萌发时间延长,脂肪和可溶性糖含量逐渐降低,可溶性蛋白质含量呈先降后升的变化趋势。主成分分析和偏最小二乘法判别分析表明盐胁迫与对照组间代谢物差异较大,暗示盐胁迫对花生种子萌发期物质代谢影响较大。利用VIP值分析和KEGG pathway预测分析显示：正常条件下,花生种子吸水膨胀期的差异代谢物较少,未鉴定到富集的KEGG pathway;而胚根伸长期差异代谢物主要富集于12个KEGG pathway,表明萌发后期物质代谢较前期旺盛。盐处理显著提高多种差异代谢物表达水平,其中渗透保护物甜菜碱和脯氨酸差异明显;另外,盐胁迫下吸水膨胀和胚根伸长两时段的差异代谢物显著增多,分别富集到26和31个KEGG pathway。盐胁迫显著促进了能量代谢、甘油磷脂代谢、谷胱甘肽代谢以及芥子油苷生物合成途径等相关通路,推测其与盐胁迫下花生种子萌发期抗逆有关。甜菜碱和脯氨酸可能是花生种子萌发期适应盐胁迫的关键代谢物,甘油磷脂代谢、谷胱甘肽代谢以及芥子油苷生物合成等途径可能是重要的代谢调控通路。试验结果可为促进盐胁迫下花生种子萌发出苗探索新途径、新方法,以及提高盐碱地花生出苗率提供理论依据和参考价值。     

一氧化氮参与调节盐胁迫下脱落酸诱导的小麦幼苗叶片脯氨酸的累积

不同浓度(0.01～5.00mmol/L)的外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)以浓度依赖性的性式诱导150mmol/L NaCl胁迫下小麦(Triticum aestivum L.cv.Yangmai 158)幼苗叶片脯氨酸的累积。其中0.1 mmol/L的SNP效果最明显,而结合采用NO清除剂c-PTIO和血红蛋白的处理均分别逆转了该效应。研究结果还发现:0.1 mmol/L SNP诱导的脯氨酸累积还可能有利于盐胁迫下小麦幼苗的保水性;0.1 mmol/L的SNP显著激活了内源ABA的合成,而结合血红蛋白的处理则证实,在外源ABA诱导脯氨酸累积的过程中NO可能作用于ABA信号分子的下游,但NO和ABA信号分子在此诱导反应中不存在累积效应。进一步研究脯氨酸合成和降解的酶促反应途径,发现外源NO处理前4天内可能主要是通过提高Δ~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的活性来促进脯氨酸的合成,以后直至第8天主要是通过抑制脯氨酸脱氢酶(ProDH)的活性来抑制脯氨酸的降解;ABA对于P5CS和ProDH活性的调节能力弱于NO。此外,Ca~(2 )在NO诱导的盐胁迫下小麦叶片脯氨酸累积的信号分子途径中起重要的介导作用。     

一氧化氮参与调节盐胁迫下脱落酸诱导的小麦幼苗叶片脯氨酸的累积

不同浓度(0.01～5.00mmol/L)的外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)以浓度依赖性的性式诱导150mmol/LNaCl胁迫下小麦(Triticum aestivum L.cv.Yangmai 158)幼苗叶片脯氨酸的累积.其中0.1 mmol/L的SNP效果最明显,而结合采用NO清除剂c-PTIO和血红蛋白的处理均分别逆转了该效应.研究结果还发现:0.1 mmol/L SNP诱导的脯氨酸累积还可能有利于盐胁迫下小麦幼苗的保水性;0.1 mmol/L的SNP显著激活了内源ABA的合成,而结合血红蛋白的处理则证实,在外源ABA诱导脯氨酸累积的过程中NO可能作用于ABA信号分子的下游,但NO和ABA信号分子在此诱导反应中不存在累积效应.进一步研究脯氨酸合成和降解的酶促反应途径,发现外源NO处理前4天内可能主要是通过提高△'-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的活性来促进脯氨酸的合成,以后直至第8天主要是通过抑制脯氨酸脱氢酶(ProDH)的活性来抑制脯氨酸的降解;ABA对于P5CS和ProDH活性的调节能力弱于NO.此外,Ca2 在NO诱导的盐胁迫下小麦叶片脯氨酸累积的信号分子途径中起重要的介导作用.     

长春花次生代谢转录调控的分子机制

本文就长春花体内生物碱生物合成途径中受转录因子调控、外界因素对其诱导和调控以及作用机制的研究进展作介绍。     

Effect of nitric oxide on catharanthine production and growth of Catharanthus roseus suspension cells

Sodium nitroprusside (SNP) was used as the donor of nitric oxide (NO) to investigate its effect on catharanthine synthesis and the growth of Catharanthus roseus suspension cells. The results showed that SNP at high concentrations (10.0 and 20.0 mmol/L) stimulated catharanthine formation of C. roseus cells, but inhibited growth of the cells. Low concentrations of SNP (0.1 and 0.5 mmol/L) enhanced the growth of C. roseus cells, but had no effect on catharanthine synthesis. The maximum total catharanthine production was achieved by the addition of 0.5 and 10.0 mmol/L SNP to the cultures at day 0 and day 10, respectively, being about threefold of the control. NO-induced catharanthine production of C. roseus cells was strongly suppressed by jasmonic acid (JA) biosynthesis inhibitor ibuprofen (IBU) and nordihydroguaiaretic (NDGA). The result suggests that the stimulatory role of NO on catharanthine production is partially JA-dependent.     

色氨酸对海水处理下长春花生物碱含量的影响

以长春花为(Catharanthus roseus(L.)G.Don)材料进行温室实验,研究了不同浓度色氨酸对20%海水处理下长春花幼苗生物碱含量的影响,发现20%海水中加入色氨酸,长春花中色氨酸脱羧酶(TDC)活性提高,吲哚生物总碱以及长春碱、长春质碱、文多灵、长春新碱含量显著增加.其中加入500 mg/L的色氨酸最有利于生物碱含量的增加.     

茉莉素介导的长春花生物碱次生代谢转录调控机制

萜类吲哚生物碱（terpeniod indole alkaloids, TIAs）是植物中产生的一类具有药理活性的次生代谢产物.药用植物长春花（Catharanthus roseus）因含有长春碱和长春新碱等重要的抗肿瘤萜类吲哚生物碱而成为研究TIAs次生代谢的主要模式植物.应用正、反向遗传学和各种代谢组学技术对长春花TIAs次生代谢途径及其调控进行了较深入的研究,相继鉴定了参与TIAs代谢途径调控的CrORCAs、CrMYCs、CrZCTs和CrWRKYs等转录因子,特别是发现茉莉素（jasmonates, JAs）介导TIAs生物合成的转录调控网络. 本文以长春花TIAs生物合成途径为模式,重点论述其代谢途径中的关键酶、参与调节的转录因子,尤其是茉莉素介导的调控网络及机制,解析植物中这些天然抗癌生物碱合成积累水平低的制约因素和组织细胞特异性,讨论基于这些新知识的长春花抗肿瘤TIAs代谢工程策略和工厂化绿色生产前景.     

遮光胁迫下外源NO对盆栽长春花土壤养分含量及幼苗生长特征的影响

为探究遮光胁迫下施加外源NO供体（硝普钠,SNP）对土壤养分变化和长春花（Catharanthus roseus）幼苗生长的影响,设置4种处理（全光照生长为对照、外施SNP、遮光、遮光+外施SNP联合处理）,分析盆栽土壤中C、N、P养分含量和土壤理化指标,测定幼苗的株高、节间距、茎直径、叶长、叶宽、叶面积、全株鲜（干）质量。结果表明：遮光和外施NO联合处理下,土壤含水量、土壤pH和土壤有机碳含量显著增加（P<0.05）,而土壤中全氮、碱解氮、全磷和速效磷含量增加但不显著,土壤C/N和C/P值升高,且C/N值达到显著水平（P<0.05）;相关性分析结果表明：土壤pH与有机碳含量呈显著正相关性（P<0.05）,土壤有机碳含量与株高、叶片鲜质量之间呈显著正相关（P<0.05）。说明施加外源NO能促进遮光胁迫下土壤pH升高,改变土壤中有机碳含量,增加C/N值,改善土壤肥力,促进叶片生长发育,增加长春花的生物量,为长春花的科学平衡施肥和生物碱含量的积累提供一定依据。     

弱光胁迫对大田长春花生物量分配及次生代谢的影响

以长春花（Catharanthus roseus(L.) Don.）为材料,研究了田间栽培长春花在全光和20%透光率下,经过一个生长季后生物量配置、抗氧化次生代谢产物和文朵灵、长春质碱、长春碱等目的活性物质含量的变化。研究结果表明,弱光条件显著抑制了长春花植株总生物量增长,特别是抑制了有性生殖的投入;弱光组叶片总酚和总黄酮含量显著降低,干重含量分别为对照组的62.50%和50.00%,原花青素含量则略有升高,但与全光组的差异不显著;弱光组叶片文朵灵和长春质碱含量显著高于对照组,长春碱含量略有上升但差异不显著,受生物量降低影响,3种生物碱的产量均显著下降。上述结果表明,长春花能够调控生理代谢以适应低光强环境,特别是文朵灵和长春质碱含量提升显著,林下低光强环境种植长春花可以满足土地资源充分利用和文朵灵、长春质碱优质原料的需求。     

Involvement of nitric oxide signaling in mammalian Bax-induced terpenoid indole alkaloid production of Catharanthus roseus cells

Bax, a mammalian pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, has been demonstrated to be a potential regulatory factor for plant secondary metabolite biosynthesis recently. To investigate the molecular mechanism of Bax-induced secondary metabolite biosynthesis, we determined the contents of nitric oxide (NO) of the transgenic Catharanthus roseus cells overexpressing a mouse Bax protein and checked the effects of NO specific scavenger 2,4-carboxyphenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1- oxyl-3-oxide (cPITO) on Bax-induced terpenoid indole alkaloid (TIA) production of the cells. The data showed that overexpression of the mouse Bax in C. roseus cells triggered NO generation of the cells. Treatment of cPITO not only inhibited the Bax-triggered NO burst but also suppressed the Bax-induced TIA production. The results indicated that the mouse Bax might activate the NO signaling in C. roseus cells and induce TIA production through the NO-dependent signal pathway in the cells. Furthermore, the activities of nitric oxide synthase (NOS) were significantly increased in the transgenic Bax cells as compared to those in the control cells, showing that the mouse Bax may induce NOS of C. roseus cells. Treatment of the transgenic Bax cells with NOS inhibitor PBITU blocked both Bax-induced NO genera- tion and TIA production, which suggested that the mouse Bax might trigger NO generation and TIA production through NOS. However, the NOS-like activities and NO generation in the transgenic Bax cells did not match kinetically and the Bax-induced NOS-like activity was much later and lower than NO production. Moreover, the Bax-induced NO generation and TIA production were only partially inhibited by PBITU. Thus, our results suggested that the Bax-induced NO production and secondary metabolite biosynthesis in C. roseus cells was not entirely dependent on NOS or NOS-like enzymes.     

外源色氨酸对海水胁迫长春花幼苗根CCO活性和叶绿体超微结构的影响

以长春花[Catharanthus roseus (L.) G.Don]幼苗为材料,在温室条件下研究了不同浓度色氨酸对20%海水处理14 d后长春花幼苗生长、线粒体细胞色素c氧化酶(CCO)活性、细胞超微结构及长春碱含量的影响.结果显示:(1)与对照相比,20%海水中加入不同浓度的色氨酸,长春花幼苗生长均受到进一步显著抑制,线粒体细胞色素c氧化酶活性下降,但幼苗长春碱含量显著增加.(2) 在20%海水中增加250和500 mg/L色氨酸时,叶绿体片层松散、变稀,色氨酸浓度增大到750 mg/L时,叶绿体变形,片层扭曲、变形,叶绿体模糊、濒临解体.研究表明,在20%海水中增加500 mg/L的色氨酸时,长春花生长受到抑制较小,叶绿体超微结构受损伤程度较轻,而长春碱含量提高幅度最大,从而较有利于长春花幼苗的生长和长春碱的积累.     

外源色氨酸对海水胁迫下长春花幼苗生长及生物碱含量的影响

以长春花[Catharanthus roseus(L.)G.Don]为材料采用温室盆栽法,研究了不同浓度色氨酸对不同浓度海水处理14 d后长春花幼苗生长及吲哚生物总碱含量的影响.结果显示:(1)20%海水中加入不同浓度的色氨酸,长春花幼苗生长受到显著抑制,而丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、色氨酸脱羧酶(TDC)活性、吲哚生物总碱含量均显著增加;(2)40%海水中加入不同浓度的色氨酸,TDC活性、吲哚生物总碱含量也得到显著提高,但幼苗生长受到严重伤害,生物产量显著降低,吲哚生物总碱的产量太低.研究表明,外源色氨酸能显著提高海水胁迫下长春花吲哚生物总碱的含量,而且用20%的海水中加入500 mg/L的色氨酸最有利于生物碱的积累.