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本文以耐性不同的两个水稻品种N07-63和N07-6为材料,采用水培实验研究了镉(Cd)胁迫下过氧化氢(H2O2)预处理对两种水稻耐Cd性和吸收转运Cd的影响及品种间的差异.比较了两品种不同处理下丙二醛(MDA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、非蛋白巯基(NPT)、植物络合素(PCs)以及谷胱甘肽硫转移酶(GST)的变化情况;并对水稻N07-6不同处理下的根部粗酶提取液进行了蛋白分离鉴定。主要结果如下:
1.H2O2预处理增强水稻耐性生理指标及种间差异
50μM Cd胁迫明显抑制了水稻生长,降低了株高、根长、地上部和根部干重,MDA含量增加(即增强了膜脂过氧化作用)。品种间差异显著,敏感品种N07-6生物量降幅均比耐性品种N07-63大,前者MDA含量增加更多。与单一Cd处理相比,H2O2预处理后使水稻生物量增加,N07-63生长明显优于N07-6,前者MDA含量恢复到对照水平。H2O2单独预处理除使株高有所减少外,对水稻无显著影响。
Cd处理下,N07-63地下部Cd含量高于N07-6,但地上部Cd含量及Cd的转移率却明显小于后者。H2O2预处理促进了N07-63地下部Cd吸收,地上部Cd含量没有变化,N07-6根部Cd含量却减少,但此时两个品种的Cd转移率均比Cd单一处理减小,品种间有显著差异,N07-63的Cd转移率明显小于N07-6。
Cd处理诱导了水稻NPT、GSH、PCs的合成,增强了GST的活性,而且存在显著的种间差异,N07-63根部的巯基物质含量和GST活性增加幅度大于N07-6。在H2O2预处理后,水稻根部GSH、NPT、PCs含量、GST活性进一步提高,N07-63增幅更大,耐性提高更多。
以上可以看出,H2O2预处理提高Cd耐性存在种间差异,对于耐性品种N07-63,H2O2预处理缓解Cd毒害的效应更加明显,这与该品种水稻根部具有更多的巯基物质(GSH、NPT、PCs),更高的解毒酶GST活性和更少的Cd转运等特点密切相关。
2.H2O2预处理提高水稻根部的耐性蛋白表达
通过对水稻敏感品种N07-6根部粗酶提取液进行蛋白分离,通过质谱鉴定电泳中的蛋白条带,将其与蛋白数据库比对的结果表明,Cd胁迫之前的H2O2预处理能够增加蛋白表达量,它们分别是:谷胱甘肽还原酶(Glutathione reductase,GR)、二磷酸核苷激酶(Nucleoside diphosphate kinase,NDPK)、硫氧还蛋白(Thioredoxin,Trx)。它们是维持细胞氧化还原状态及调控正常代谢的重要蛋白酶类,有利于降低Cd胁迫所造成的氧化损伤,所以可以推测,H2O2预处理还可以通过提高相关蛋白的表达而增加水稻耐Cd性。
1.H2O2预处理增强水稻耐性生理指标及种间差异
50μM Cd胁迫明显抑制了水稻生长,降低了株高、根长、地上部和根部干重,MDA含量增加(即增强了膜脂过氧化作用)。品种间差异显著,敏感品种N07-6生物量降幅均比耐性品种N07-63大,前者MDA含量增加更多。与单一Cd处理相比,H2O2预处理后使水稻生物量增加,N07-63生长明显优于N07-6,前者MDA含量恢复到对照水平。H2O2单独预处理除使株高有所减少外,对水稻无显著影响。
Cd处理下,N07-63地下部Cd含量高于N07-6,但地上部Cd含量及Cd的转移率却明显小于后者。H2O2预处理促进了N07-63地下部Cd吸收,地上部Cd含量没有变化,N07-6根部Cd含量却减少,但此时两个品种的Cd转移率均比Cd单一处理减小,品种间有显著差异,N07-63的Cd转移率明显小于N07-6。
Cd处理诱导了水稻NPT、GSH、PCs的合成,增强了GST的活性,而且存在显著的种间差异,N07-63根部的巯基物质含量和GST活性增加幅度大于N07-6。在H2O2预处理后,水稻根部GSH、NPT、PCs含量、GST活性进一步提高,N07-63增幅更大,耐性提高更多。
以上可以看出,H2O2预处理提高Cd耐性存在种间差异,对于耐性品种N07-63,H2O2预处理缓解Cd毒害的效应更加明显,这与该品种水稻根部具有更多的巯基物质(GSH、NPT、PCs),更高的解毒酶GST活性和更少的Cd转运等特点密切相关。
2.H2O2预处理提高水稻根部的耐性蛋白表达
通过对水稻敏感品种N07-6根部粗酶提取液进行蛋白分离,通过质谱鉴定电泳中的蛋白条带,将其与蛋白数据库比对的结果表明,Cd胁迫之前的H2O2预处理能够增加蛋白表达量,它们分别是:谷胱甘肽还原酶(Glutathione reductase,GR)、二磷酸核苷激酶(Nucleoside diphosphate kinase,NDPK)、硫氧还蛋白(Thioredoxin,Trx)。它们是维持细胞氧化还原状态及调控正常代谢的重要蛋白酶类,有利于降低Cd胁迫所造成的氧化损伤,所以可以推测,H2O2预处理还可以通过提高相关蛋白的表达而增加水稻耐Cd性。