铅胁迫下NO信号在三叶鬼针草中的产生和作用机理初步研究

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanjiezm
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铅(Pb)是已知毒性最强的重金属污染源之一,一氧化氮(NO)是一种普遍存在于生物界的信使分子,广泛参与植物对Pb胁迫的应答反应调控,而三叶鬼针草(Bidens pilosa)是修复Pb污染的重要种质资源。本研究用硝酸铅(PbNO3)、一氧化氮合酶(Nitric Oxide Synthase,NOS)抑制剂L-NAME(N-nitro-L-arginine-methyl ester hydrochloride)、硝酸还原酶(NR)非专一性抑制剂叠氮化钠(NaN3)、NO供体硝普钠(SNP)和NO清除剂c-PTIO(2-4-carboxyphenvl-4,4,5,5-tetramethvlimidazoline-1-oxvl-3-oxide)分别处理生长60 d的三叶鬼针草幼苗,通过测定叶、茎和根中一氧化氮(NO)含量、类胡萝卜素(Car)含量、亚硝酸根离子(NO2-)含量、一氧化氮合酶(NOS)活性、硝酸还原酶(NR)活性、相对电导率(REC)、过氧化氢(H2O2)含量、丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子(O2-)产生速率、抗坏血酸氧化酶(APX)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、谷胱甘肽还原酶(GR)活性、过氧化氢酶(CAT)活性和过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量、脯氨酸(Pro)含量、鲜重、干重、株高、最长侧根长、主根长、侧根数净增加量和Pb积累含量,分析探讨了Pb胁迫下NO信号在三叶鬼针草中的产生途径,NO信号对Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗生长、重金属积累和活性氧代谢中的影响和作用机理,为增强三叶鬼针草对Pb污染土壤的耐性以及更好地应用于Pb污染土壤的修复提供理论基础。  研究结果表明:  (1)低浓度Pb处理能显著增加三叶鬼针草幼苗NO,NO2-和Car含量,能显著增强NOS和NR活性。随Pb处理浓度升高NO、NO2-和Car含量,NOS和NR活性均呈先增后减的趋势,其中600 mg/L Pb使NO、NO2-和Car含量,NOS和NR活性升高最显著。  NR活性抑制剂NaN3处理能显著降低NR活性,Pb胁迫下NaN3处理能显著降低幼苗叶、茎和根中NO含量;NOS活性抑制剂L-NAME处理能显著降低叶中、茎和根中NOS活性,Pb胁迫下L-NAME处理能显著降低叶中NO含量,表明Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗中NO可由NOS途径、NR途径产生。Pb胁迫下,NO产生剂SNP使Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗中的NO含量显著升高,NO清除剂c-PTIO使幼苗中NO含量显著降低。  (2)Pb胁迫诱发三叶鬼针草幼苗产生内源NO;600 mg/L Pb胁迫能显著增强三叶鬼针草幼苗APX、CAT、SOD、GR和POD活性,能显著促进叶和根中Pro、茎和根中SS的合成,800mg/LPb胁迫能显著促进茎中Pro含量;600 mg/L Pb处理能显著增加三叶鬼针草幼苗鲜重、干重和Pb积累量,Pb积累量为888.77 mg/kg,表明低浓度Pb胁迫下,三叶鬼针草幼苗产生的内源NO可以增强幼苗抗氧化酶系统和促进Pro和SS的合成,促进植物生长和Pb积累量。  (3)Pb胁迫下,SNP处理能使三叶鬼针草幼苗体内产生NO;300μmol/L SNP能显著促进Pro、SP、Car的合成;不同浓度SNP对三叶鬼针草叶、茎和根中抗氧化酶活性的影响较复杂,其中200μmol/L SNP能显著增强叶和茎中APX活性、茎中GR活性,300μmol/L SNP能显著增强叶中POD活性,1000μmol/L SNP能显著增强茎和根中CAT活性和叶中SOD活性;300μmol/L SNP能显著降低铅胁迫下三叶鬼针草REC、MDA、H2O2含量以及O2。产生速率,能显著增加Pb胁迫下三叶鬼针草鲜重、干重、株高、最长侧根长、主根长、侧根数净增加量和Pb积累量,表明适宜浓度外源NO能提高渗透调节物质含量,调节抗氧化酶系统,以降低三叶鬼针草膜质过氧化损伤,缓解Pb胁迫造成的生长抑制和促进Pb积累。但其具有两面性,即低浓度促进,高浓度抑制。三叶鬼针草不同部位对Pb的积累量差异性很大,其中叶<茎<根。  (4)Pb胁迫下,NaN3、L-NAME和c-PTIO能使三叶鬼针草幼苗中的NO含量显著降低;NaN3处理能显著降低叶中APX活性,叶和根中CAT活性,叶中SOD活性,根中POD活性,显著促进叶和根中Pro,叶和根中SP,茎中Car的合成,能显著升高Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗茎中REC、根中MDA含量、叶和茎中O2。产生速率、茎中HzO2含量,能显著降低Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗鲜重、干重、株高、最长侧根长、主根长和侧根数净增加量和幼苗Pb积累量;L-NAME处理能显著降低叶、茎和根中CAT活性,叶和茎中SOD活性,茎和根中POD活性,能显著促进叶、茎和根中Pro,叶和茎中SP,茎中SS的合成,能显著升高Pb胁迫下叶、茎、根中O2。产生速率和叶中HzO2含量,能显著降低Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗鲜重、干重、株高、最长侧根长、主根长和侧根数净增加量和幼苗Pb积累量;较Pb单独处理,c-PTIO处理能显著降低叶和根中APX,叶、茎和根中CAT活性,叶和根中SOD活性,叶和根中POD活性,显著降低叶、茎和根中Pro含量,叶和根中SP含量,叶和茎中SS含量,茎中Car含量,显著升高根中REC,茎和根中MDA含量,叶、茎和根中O2。产生速率,叶和根中HzO2含量,能显著降低幼苗内鲜重,干重和主根长。综上表明:NR、NOS可以使Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗产生内源NO,内源NO可以通过增强抗氧化酶活性和调节渗透调节物质缓解Pb胁迫造成三叶鬼针草幼苗膜质过氧化损伤,缓解Pb胁迫对三叶鬼针草幼苗的生长抑制和促进Pb积累。
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