外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子萌发和抗氧化能力的影响
摘要：随着人均土地资源的减少，如何做好滨海景观规划以及开发利用盐碱土资源成为当下学者们面对的难题。植物抗盐性研究有利于改善滨海盐渍地生态环境，提高含盐土生产效益，促进滨海地区可持续发展。盐胁迫下，植物在进化中形成了一系列应答并产生生理适应性的机制，最终对高浓度盐胁迫产生抗性。本论文在研究近年来植物盐胁迫的分子机制的基础上，以重要景观植物及中国十大名花之一的荷花种子为研究对象，研究了外源葡萄糖对荷花盐胁迫耐性的影响。 200 mM NaCl 处理使种子萌发率降低了90 %，同时电解质渗出率也随NaCl浓度的增加而上升。盐胁迫的作用具有时间依赖效应，盐胁迫导致的伤害随随着处理时间的加长而加剧。进一步的研究发现100 μM 外源葡萄糖有助于缓解200 mM的盐胁迫对种子萌发的抑制。10 μM外源葡萄糖的添加使荷花种子的萌发率增加2倍。组织化学染色结果显示，葡萄糖对荷花盐胁迫抗性的提升作用和其增强种子抗氧化能力有一定的关系。本实验为科学进行滨海以及盐渍土地区的景观植物栽培及应用提供了理论和实践依据。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 植物盐适应性机理研究进展 2
2 实验材料与方法
2.1 实验材料准备 3
2.2 实验方法 3
2.2.1 盐胁迫对荷花种子萌发的影响 3
2.2.2 外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子萌发的影响 4
2.2.3 外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子活性的影响 4
2.2.4 外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子抗氧化能力的影响 5
3 实验结果与分析 5
3.1 盐溶液处理降低荷花种子萌发率5
3.2 外源葡萄糖有助于缓解盐胁迫对种子萌发的抑制6
3.3 外源葡萄糖有助于缓解盐胁迫下的荷花种子H2O2物质的过度积累8
4 讨论展望 9
致谢9
参考文献10
外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子萌发和抗氧化能力的影响
引言
引言
1 植物盐适应分子机理研究
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
进展
2016年4月22日，随着联合国秘书长潘基文宣布《巴黎协定》开放签署首日，共有175个国家签署了这一协定，创下国际协定开放首日签署国家数量最多纪录，这标志着生态环境和气候问题日益成为各国关注的重点问题。研究表明2050年之前，在地球所有最具生产力的生态系统中，海洋和滨海地区关乎人类超过90亿增长人口的健康福祉[1]。滨海盐土的面积为3万多km2，占海岸带土壤总面积的27.45 %[2]。滨海一带的盐土之中含有较多的可溶性盐分，土壤层1 m以内的含盐量都在0.3 %以上，含盐量高处甚至可以达到2.0 %乃至更高，而且地表土层中上下盐分的分部状况是基本一致的[3]。从以上数据可以看出，在人均土地资源的日益减少的今天，海滨盐土存在着巨大的开发潜力。除了海滨盐土，植物还常常会受到高盐浓度的灌溉水、水坝、灌溉和不充足的排水设备、海水浸蚀等影响，造成其强烈的生长抑制或损伤。而植物抗盐性的研究是合理利用滨海土地资源和盐碱土地资源来做好滨海景观生态规划的重要一环，广阔的滨海地区以及盐土面积和日益紧张的生产生活用地规模对景观植物的抗盐性研究提出了更高要求，而且土壤盐渍化已被认为是困扰和威胁农业生产的难题，因此植物耐盐性的研究也成为生物和农业领域的重要课题。与耐盐性不同，盐适应（salt acclimation）是植物长期进化后产生的一种获得抗性机制。植物可以通过对低浓度非致死性盐胁迫进行感知，在分子和细胞水平作出一系列应答并产生生理适应性，最终对高浓度盐胁迫产生获得性抗性[47]。因此，与直接进行盐处理的方式相比，盐适应过程更能模拟植物遭受盐害时的外界环境因素，体现真实的耐盐水平和内在的盐适应机理。
早期的研究发现，植物经驯化后其对盐害的耐受能力明显提高。另外，经一定浓度NaCl预处理后植物的耐盐性也明显提高，包括能在致死盐胁迫浓度下生长[49]。目前普遍认为，所有植物物种均存在对盐胁迫的适应性，但各物种及同物种不同基因型个体之间则存在一定的差异[1011]。已经知道，在逆境适应过程中，植物细胞内多种信号分子被动员，最终调控抗性相关蛋白的表达。例如，在盐胁迫的过程中活性氧（ROS）大量释放，其中具有较高的跨膜通透性并能在植物细胞间迅速扩散的H2O2被认为是一种重要的第二信使[1213]。Baker et al.（1991）[14]和Levine et al.（1996）[15]用非亲和性病原菌处理烟草和大豆细胞发现，胞内H2O2的产生具有双峰现象。非亲和性病原菌能快速诱导H2O2第一个峰的出现（12 h），而第二个峰（25 h）的产生和抗病性密切相关。用拟南芥AtrbohD和AtrbohF基因的敲除突变体证实H2O2产生需要NADPH氧化酶；用病毒诱导烟草基因沉默时发现细胞积累H2O2需要NbrbohA和NbrbohB的参与。同样，采用H2O2预处理玉米和水稻幼苗可以激活抗氧化酶和胁迫相关的基因，从而诱导植物的盐适应性和耐盐性[1617]；NaCl胁迫处理可以诱导水稻幼苗叶片H2O2双峰的产生[18]，但是还不十分清楚其具体的信号转导途径。
一些关键的基因在近年来植物盐胁迫耐性的研究中也备受关注。CO能参与调节体内许多生理和病理生理过程[19]。HO在缓解非生物胁迫引起的细胞氧化损伤中可能具有重要的作用[20]。
许多实验研究记录表明，盐胁迫下的植物在生长过程中通常会合成多种可溶化合物，这些化合物包括甜菜碱、脯氨酸、糖和糖醇，这些物质可能在维持细胞膨胀、调节细胞渗透压平衡以及稳定细胞结构方面起重要作用[32]。糖类，也就是渗透物质的积累，被看做是植物为抵抗干旱以及盐分胁迫所采取的植物生理机制[33]。糖类除了能够通过的生物合成的方式形成，也是在生物和非生物的环境胁迫下，植物生长和植物基因表达过程中的生长调节物质[34]。也有研究发现，在高等植物中，葡萄糖也是植物生长状况的基本信号物质，这些植物生长阶段包括种子萌发、下胚轴伸长、子叶的绿化和扩张、真叶的生长、开花转型以及衰老的开始[35]。实验发现，高浓度的外源葡萄糖会造成脱落酸（ABA）的积累，这将导致萌发延时并且会抑制早期种子发育[36]。对照试验表明，低浓度的糖溶液会通过抑制外源脱落酸的方式改变种子萌发的敏感度[37]。然而，外源葡萄糖在盐胁迫下调控植物萌发和种子生长方面的作用仍然未能明确。Kerepesi和Galiba（2000）[38]发现高浓度可溶糖溶液是基因筛选抗旱和抗盐品种植物的有效标记。Javid et al.（2011）[39]实验证实葡萄糖和果糖可能会直接影响植物在盐胁迫下的抗氧化防御机能和自由基的形成。尽管大量实验揭示可溶性糖类物质可以促进植物抵抗盐胁迫[40]，关于外源葡萄糖在植物生长过程中如何起到抵抗盐胁迫的实验研究却十分稀少。
最近，胡梦芸等人[41]发现葡萄糖可以诱导气孔关闭并且提高植物在干旱条件下的适应性。尽管已经有了大量实验证据表明糖类物质会对植物的生长发育产生影响，在盐胁迫条件下外源葡萄糖对植物生长发育的影响方面尚未有足够可用的研究成果。
2 实验材料与方法
2.1 植物实验材料准备
本实验所使用的荷花种子为微山湖野生红莲(Nelumbium speciosum)，均从当地经销商处购买。
选择用大量去离子水洗净的经过部分脱壳处理的种子，放置于培养瓶中，每瓶10颗种子，且培养瓶中有事先配置好100 ml不同浓度溶质的处理溶液，然后置于植物培养室培养（如图1）。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 植物盐适应性机理研究进展 2
2 实验材料与方法
2.1 实验材料准备 3
2.2 实验方法 3
2.2.1 盐胁迫对荷花种子萌发的影响 3
2.2.2 外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子萌发的影响 4
2.2.3 外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子活性的影响 4
2.2.4 外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子抗氧化能力的影响 5
3 实验结果与分析 5
3.1 盐溶液处理降低荷花种子萌发率5
3.2 外源葡萄糖有助于缓解盐胁迫对种子萌发的抑制6
3.3 外源葡萄糖有助于缓解盐胁迫下的荷花种子H2O2物质的过度积累8
4 讨论展望 9
致谢9
参考文献10
外源葡萄糖对盐胁迫下荷花种子萌发和抗氧化能力的影响
引言
引言
1 植物盐适应分子机理研究
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
进展
2016年4月22日，随着联合国秘书长潘基文宣布《巴黎协定》开放签署首日，共有175个国家签署了这一协定，创下国际协定开放首日签署国家数量最多纪录，这标志着生态环境和气候问题日益成为各国关注的重点问题。研究表明2050年之前，在地球所有最具生产力的生态系统中，海洋和滨海地区关乎人类超过90亿增长人口的健康福祉[1]。滨海盐土的面积为3万多km2，占海岸带土壤总面积的27.45 %[2]。滨海一带的盐土之中含有较多的可溶性盐分，土壤层1 m以内的含盐量都在0.3 %以上，含盐量高处甚至可以达到2.0 %乃至更高，而且地表土层中上下盐分的分部状况是基本一致的[3]。从以上数据可以看出，在人均土地资源的日益减少的今天，海滨盐土存在着巨大的开发潜力。除了海滨盐土，植物还常常会受到高盐浓度的灌溉水、水坝、灌溉和不充足的排水设备、海水浸蚀等影响，造成其强烈的生长抑制或损伤。而植物抗盐性的研究是合理利用滨海土地资源和盐碱土地资源来做好滨海景观生态规划的重要一环，广阔的滨海地区以及盐土面积和日益紧张的生产生活用地规模对景观植物的抗盐性研究提出了更高要求，而且土壤盐渍化已被认为是困扰和威胁农业生产的难题，因此植物耐盐性的研究也成为生物和农业领域的重要课题。与耐盐性不同，盐适应（salt acclimation）是植物长期进化后产生的一种获得抗性机制。植物可以通过对低浓度非致死性盐胁迫进行感知，在分子和细胞水平作出一系列应答并产生生理适应性，最终对高浓度盐胁迫产生获得性抗性[47]。因此，与直接进行盐处理的方式相比，盐适应过程更能模拟植物遭受盐害时的外界环境因素，体现真实的耐盐水平和内在的盐适应机理。
早期的研究发现，植物经驯化后其对盐害的耐受能力明显提高。另外，经一定浓度NaCl预处理后植物的耐盐性也明显提高，包括能在致死盐胁迫浓度下生长[49]。目前普遍认为，所有植物物种均存在对盐胁迫的适应性，但各物种及同物种不同基因型个体之间则存在一定的差异[1011]。已经知道，在逆境适应过程中，植物细胞内多种信号分子被动员，最终调控抗性相关蛋白的表达。例如，在盐胁迫的过程中活性氧（ROS）大量释放，其中具有较高的跨膜通透性并能在植物细胞间迅速扩散的H2O2被认为是一种重要的第二信使[1213]。Baker et al.（1991）[14]和Levine et al.（1996）[15]用非亲和性病原菌处理烟草和大豆细胞发现，胞内H2O2的产生具有双峰现象。非亲和性病原菌能快速诱导H2O2第一个峰的出现（12 h），而第二个峰（25 h）的产生和抗病性密切相关。用拟南芥AtrbohD和AtrbohF基因的敲除突变体证实H2O2产生需要NADPH氧化酶；用病毒诱导烟草基因沉默时发现细胞积累H2O2需要NbrbohA和NbrbohB的参与。同样，采用H2O2预处理玉米和水稻幼苗可以激活抗氧化酶和胁迫相关的基因，从而诱导植物的盐适应性和耐盐性[1617]；NaCl胁迫处理可以诱导水稻幼苗叶片H2O2双峰的产生[18]，但是还不十分清楚其具体的信号转导途径。
一些关键的基因在近年来植物盐胁迫耐性的研究中也备受关注。CO能参与调节体内许多生理和病理生理过程[19]。HO在缓解非生物胁迫引起的细胞氧化损伤中可能具有重要的作用[20]。
许多实验研究记录表明，盐胁迫下的植物在生长过程中通常会合成多种可溶化合物，这些化合物包括甜菜碱、脯氨酸、糖和糖醇，这些物质可能在维持细胞膨胀、调节细胞渗透压平衡以及稳定细胞结构方面起重要作用[32]。糖类，也就是渗透物质的积累，被看做是植物为抵抗干旱以及盐分胁迫所采取的植物生理机制[33]。糖类除了能够通过的生物合成的方式形成，也是在生物和非生物的环境胁迫下，植物生长和植物基因表达过程中的生长调节物质[34]。也有研究发现，在高等植物中，葡萄糖也是植物生长状况的基本信号物质，这些植物生长阶段包括种子萌发、下胚轴伸长、子叶的绿化和扩张、真叶的生长、开花转型以及衰老的开始[35]。实验发现，高浓度的外源葡萄糖会造成脱落酸（ABA）的积累，这将导致萌发延时并且会抑制早期种子发育[36]。对照试验表明，低浓度的糖溶液会通过抑制外源脱落酸的方式改变种子萌发的敏感度[37]。然而，外源葡萄糖在盐胁迫下调控植物萌发和种子生长方面的作用仍然未能明确。Kerepesi和Galiba（2000）[38]发现高浓度可溶糖溶液是基因筛选抗旱和抗盐品种植物的有效标记。Javid et al.（2011）[39]实验证实葡萄糖和果糖可能会直接影响植物在盐胁迫下的抗氧化防御机能和自由基的形成。尽管大量实验揭示可溶性糖类物质可以促进植物抵抗盐胁迫[40]，关于外源葡萄糖在植物生长过程中如何起到抵抗盐胁迫的实验研究却十分稀少。
最近，胡梦芸等人[41]发现葡萄糖可以诱导气孔关闭并且提高植物在干旱条件下的适应性。尽管已经有了大量实验证据表明糖类物质会对植物的生长发育产生影响，在盐胁迫条件下外源葡萄糖对植物生长发育的影响方面尚未有足够可用的研究成果。
2 实验材料与方法
2.1 植物实验材料准备
本实验所使用的荷花种子为微山湖野生红莲(Nelumbium speciosum)，均从当地经销商处购买。
选择用大量去离子水洗净的经过部分脱壳处理的种子，放置于培养瓶中，每瓶10颗种子，且培养瓶中有事先配置好100 ml不同浓度溶质的处理溶液，然后置于植物培养室培养（如图1）。
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