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铅(Lead,Pb)污染是影响蔬菜产量和食用安全性的主要问题之一。当植物受到铅胁迫时,其生长发育、光合作用、水分代谢和酶的活性都会发生相应的改变。但是,目前对Pb在农作物中吸收积累的信号调控机制相关报道较少。一氧化氮(nitric oxide,NO)是植物体内一种重要的信号分子,参与调节多种生理过程以及响应一系列生物和非生物逆境胁迫,外源NO供体硝普钠(sodiumnitroprusside,SNP)可以缓解Pb对植物的毒害。但是,目前有关Pb胁迫是否可以激活蔬菜内源NO信号途径以及内源NO对蔬菜Pb吸收的调控作用等研究报道还比较少见。 本实验以Hoagland营养液培养的方式,选择人们广泛食用的叶类蔬菜—小白菜为研究对象,对铅胁迫条件下小白菜幼苗中内源NO产生、内源NO在植物Pb吸收中的作用以及Pb诱发小白菜幼苗内源NO产生的机制进行了比较系统的研究。探讨了内源NO信号对小白菜幼苗Pb吸收的调控作用,为提高植物对Pb胁迫的抵抗能力,降低农作物对Pb的吸收积累,减少Pb从土壤进入植物进而进入食物链的危险性提供理论依据。主要研究内容及结果如下: 1.Pb胁迫可以诱发小白菜幼苗中内源NO的产生。考查了Pb处理对小白菜幼苗内源NO水平的影响,结果表明:Pb处理能显著提高小白菜幼苗内源NO水平,说明Pb胁迫可以激活小白菜幼苗内源NO信号。 2.内源NO是小白菜幼苗吸收Pb所必需的信号分子。为了进一步研究和探讨内源NO在小白菜幼苗吸收Pb过程中的作用,考查了NO专一性淬灭剂cPTIO(2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide)对小白菜幼苗Pb吸收的影响。结果表明: cPTIO预处理不仅能够有效抑制Pb胁迫对小白菜幼苗中NO迸发的诱导作用,同时还显著降低了小白菜幼苗对Pb的吸收作用,说明内源NO迸发是小白菜幼苗吸收Pb的必要条件。 3.Pb胁迫对小白菜幼苗中硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)活性的诱导作用。为了探讨NR在Pb胁迫诱发小白菜幼苗产生NO过程中的作用,我们首先考查了Pb处理对小白菜幼苗中NR活性的影响。实验结果表明Pb处理可以显著提高小白菜幼苗中NR活性。 4.NR参与Pb对小白菜幼苗内源NO迸发的诱导作用。为了验证NR在Pb诱发小白菜幼苗NO迸发中的作用,考查了NR抑制剂TUN(tungstate)和Gln(glutamine)对Pb诱发小白菜幼苗NO迸发的影响。结果表明:NR抑制剂预处理不仅能够抑制Pb诱发小白菜幼苗中NR活性,而且显著降低了Pb胁迫下小白菜幼苗中NO的水平,说明Pb对小白菜幼苗中NO产生的诱导作用依赖NR活性,提示NR可能是Pb胁迫下小白菜幼苗中NO产生的途径之一。 5.NR对小白菜幼苗Pb吸收的调控作用。为了考查NR对小白菜幼苗Pb吸收的调控作用,测定了NR抑制剂对小白菜幼苗中Pb含量的影响。结果表明:NR抑制剂在抑制小白菜幼苗中NR活性的同时还降低了小白菜幼苗中Pb的含量,说明NR参与了小白菜幼苗对Pb吸收的调控过程。此外,我们的试验结果还表明NO供体SNP可以逆转NR抑制剂对小白菜幼苗Pb吸收的抑制作用,进一步提示NR可能通过介导内源NO信号参与对小白菜幼苗Pb吸收的调控。 6.外源NO对小白菜Pb吸收影响的剂量效应。本文考查了外源NO在小白菜幼苗Pb吸收中的影响。实验结果表明低浓度的NO供体SNP(0.1 mM和1.0mM)能促进小白菜幼苗中Pb的积累,而高浓度NO供体SNP(2.0 mM)对小白菜幼苗中Pb的积累无明显影响,说明外源NO对植物Pb吸收的影响具有浓度依赖性。 综上所述,本实验不仅证实Pb胁迫可以激活小白菜幼苗中NO信号转导事件,而且发现内源NO分子是小白菜幼苗Pb吸收所必需的信号分子。同时,实验结果还表明NR是Pb胁迫诱发小白菜幼苗内源NO产生的重要途径,初步揭示了小白菜幼苗依赖NR介导的NO信号途径调控Pb吸收的作用机制。研究结果对进一步探讨植物对Pb胁迫的防御反应机制等具有重要指导意义,同时也为通过调控NR活性的方式调节植物体内NO水平抑制植物对Pb的吸收积累,从而增强植物抵抗Pb胁迫的能力,为降低农产品中Pb含量,提高农产品的产量和安全性提供新的思路。