外源NO对盐胁迫下颠茄生理特性及次生代谢调控的影响

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颠茄(Atropa belladonna L.)是茄科颠茄属的一种药用植物,也是我国药典规定的唯一托品烷类生物碱(Tropane Alkaloids,TAs)来源的药源植物(国家药典委员会2011版),其中莨菪碱和东莨菪碱在临床上应用最为广泛,作为抗胆碱类药物使用,多用于麻醉、戒毒脱瘾、镇痛、抗晕动药、改善微循环、治疗帕金森等,具有十分巨大的市场需求量。我国土壤盐渍化程度越发严重,盐胁迫危害植物生长和发育,是限制植物栽培的关键因素之一,通过添加硝普钠(SNP)提供外源NO来增强植物的抗逆能力与调控次生代谢产物合成已有大量研究成果,NO作为信号分子可介导植物在逆境下的信号传递。为了阐明盐胁迫下不同浓度SNP对颠茄生理特性及次生代谢调控的影响,本试验以颠茄实生苗为材料,100mmol·L-1NaCl溶液处理模拟盐胁迫,设置不同浓度的SNP处理组:0 mmol·L-1,0.05 mmol·L-1,0.1 mmol·L-1,0.2 mmol·L-1,0.5 mmol·L-1,研究不同处理时间(4d,8d,12d,16d)下不同浓度SNP对颠茄光合特性、逆境生理指标、氮代谢、次生代谢产物含量以及托品烷类生物碱合成途径的前体物质、关键酶基因表达量的影响。主要研究结果如下:1.研究不同浓度SNP对盐胁迫下颠茄光合特性及抗逆生理指标的影响,结果表明:盐胁迫显著抑制了颠茄的光合作用,抗氧化酶(SOD,POD,CAT)活性降低,丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量升高,膜脂过氧化程度加剧;经SNP处理后,总叶绿素含量、类胡萝卜素含量、最大光化学效率(Fv/Fm)、光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)、实际光化学量子产量(Yield)、抗氧化酶活性呈上升趋势,MDA含量、初始荧光(F0)呈下降趋势,说明SNP有利于缓解盐胁迫对颠茄造成的伤害,保护光合机构,改善光合作用,增强抗氧化酶系统能力,提高对盐胁迫的抗性,总体而言,0.2 mmol·L-1SNP缓解效果最好。2.研究不同浓度SNP对盐胁迫下颠茄氮代谢的影响,结果表明:在盐胁迫下,随着胁迫时间延长,谷氨酸脱氢酶(GDH)活性先上升后下降,铵态氮含量持续上升,硝态氮含量、游离氨基酸含量、可溶性蛋白含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性及硝酸还原酶(NR)活性持续下降,表明盐胁迫造成颠茄减少对硝态氮的吸收,积累大量的铵态氮毒害细胞,降低关键酶活性,不利于氮代谢的进行;不同浓度SNP处理后,0.1 mmol·L-1和0.2 mmol·L-1SNP对于提高硝态氮含量、游离氨基酸含量、可溶性蛋白含量、NR活性、GDH活性和GS活性,降低铵态氮含量均有较好的效果。说明适宜浓度的SNP能够有效缓解盐胁迫对颠茄氮代谢的抑制,加速颠茄对氮素的还原和同化,积累更多的含氮有机物,为次生代谢产物合成提供物质基础。3.研究不同浓度SNP对盐胁迫下颠茄托品烷类生物碱代谢调控的影响,结果表明:在盐胁迫下,莨菪碱含量先升高后下降,东莨菪碱含量持续下降,不同浓度SNP处理后,各处理组中两者含量均有不同程度回升,表现在当SNP浓度为0.2mmol·L-1时更有利于莨菪碱和东莨菪碱的积累。为进一步研究其调控机理,对托品烷类生物碱合成途径中底物氨基酸(鸟氨酸、精氨酸)含量,腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm)含量以及代谢途径中关键酶基因(PMT,TRΙ,H6H,PPAR)的相对表达量进行检测,发现盐胁迫抑制了鸟氨酸和精氨酸的积累,显著降低了多胺的含量,特别是腐胺。同时,盐胁迫可轻微上调TRΙ的表达量,但显著抑制了PMT、PPAR的表达水平,经0.2 mmol·L-1SNP处理后,鸟氨酸含量、精氨酸含量、多胺含量以及(Spm+Spd)/Put比值均呈现不同程度的升高,并可有效刺激PMT、TRI和H6H的高效表达,说明SNP可通过增强托品烷类生物碱合成途径中的底物以及前体物质,同时提高关键酶基因的表达量来促进盐胁迫下积累更多的莨菪碱和东莨菪碱。综上所述,盐胁迫抑制了颠茄的光合作用,破坏抗氧化酶系统,紊乱氮代谢平衡,阻碍托品烷类生物碱的积累;适宜浓度的SNP提供外源NO可有效缓解盐胁迫对颠茄生理特性、氮代谢以及托品烷类生物碱代谢的抑制作用,提高颠茄对盐害的抵御能力。本研究初步探索了NO缓解盐胁迫下颠茄的生理调节机制,为实际生产过程中解决颠茄遇到的盐害问题提供一定的理论依据,同时为提高颠茄有效药用成分提供参考。
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