水楊酸在擬南芥對鎘脅迫應(yīng)答中的調(diào)節(jié)作用

劉楚桐 黃琳麗

摘 要：本文以Columbia野生型擬南芥和npr1-1水楊酸缺失突變體基因型擬南芥為試驗材料，主要探討在鎘的脅迫作用下水楊酸在擬南芥對鎘脅迫應(yīng)答中的調(diào)節(jié)作用。

關(guān)鍵詞：鎘脅迫;擬南芥;水楊酸

中圖分類號：Q945.78;X503.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）32-0127-03

Abstract： By using Columbia wild-type arabidopsis thaliana and npr1-1 salicylic acid deletion mutant genotype arabidopsis thaliana as experimental materials， this paper mainly discussed the regulation of salicylic acid in the response of arabidopsis thaliana to cadmium stress under cadmium stress.

Keywords： cadmium stress;arabidopsis thaliana;salicylic acid

重金屬污染在我國乃至世界都十分常見。其中，鎘（Cd）是生物毒性最強(qiáng)、遷移性最大的重金屬元素之一[1]。有研究表明，鎘能夠引起植物體內(nèi)系統(tǒng)紊亂，降低植物碳同化作用，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，擾亂植物的水分狀況，降低葉綠體的數(shù)量，減慢根部的生長發(fā)育，影響一些營養(yǎng)的吸收，削弱光合作用，阻礙植物生長[2]。鎘脅迫對于植物的影響更多地表現(xiàn)為干擾植物地上部分生長、抑制植物的光合作用和蒸騰作用、干擾植物的代謝進(jìn)程、降低產(chǎn)量和品質(zhì)、加速植物衰老等[3]。有研究表明，當(dāng)花生或者其他植物受到鎘的毒害時，其會出現(xiàn)葉片失綠變黃、植株瘦小、生物量顯著降低等現(xiàn)象，嚴(yán)重時植株會枯死[4]。

1 材料和方法

1.1 材料

本研究以擬南芥為材料進(jìn)行試驗，用到的基因型有兩種，分別為Columbia野生型及npr1-1水楊酸缺失型擬南芥。試驗期間，首先分別運用水篩法挑取籽粒飽滿的擬南芥Columbia野生型和npr1-1突變型種子若干，并將其置于1.5 mL EP管中;然后，運用75%乙醇對挑選的種子沖洗消毒1 min，再用蒸餾水沖洗3次，洗掉種子上殘留的乙醇;之后，用0.1%的瓊脂將種子保存孵育2～3 d，從而保持種子萌發(fā)的一致性[5-7]。擬南芥的培養(yǎng)采用土培法。

1.2 鎘脅迫處理

下面選取8周齡的Columbia野生型和npr1-1水楊酸缺失突變體基因型擬南芥進(jìn)行鎘濃度梯度試驗，鎘溶液濃度分別是0、100、200、400、600 mg/L。

首先，分別選取8周齡并且長勢一致的兩種基因型的擬南芥，隨機(jī)分為對照組和脅迫組，每組4盒。然后，將對照組放于1 000 mL的清水中，將脅迫組放于1 000 mL的鎘水中，連續(xù)脅迫1周，每天依舊維持原有的試驗環(huán)境，光照持續(xù)12 h，黑暗持續(xù)12 h，濕度維持在50%～60%，再測定兩組植株的各項生理生化指標(biāo)數(shù)據(jù)[8-10]。

2 鎘脅迫前后擬南芥生理生化指標(biāo)的測定

2.1 干重鮮重的測定

在對照組和脅迫組中挑選各8例相似的擬南芥葉子，進(jìn)行稱量，記錄數(shù)據(jù);之后用烘箱將選取的擬南芥烘干，再次稱量，并計算出相對含水率。

2.2 葉綠素含量的測定

試驗期間，配制丙酮∶乙醇∶水的比例為4.5∶4.5∶1.0（v/v/v）的反應(yīng)混合溶液，然后進(jìn)行多項測定。相關(guān)計算公式如下：

2.3 丙二醛（MDA）含量的測定

丙二醛（MDA）的測定采用硫代巴比妥酸法，具體計算公式如下：

3 結(jié)果與分析

3.1 鎘脅迫對擬南芥生長形態(tài)的影響

研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過鎘脅迫的樣品的根系較對照組短，這是因為擬南芥的根部從鎘水中吸收一定量的鎘離子從而影響植株的生長發(fā)育。同樣，經(jīng)過鎘脅迫的兩種擬南芥葉片均出現(xiàn)褪色，雖然褪色程度不同，但是該現(xiàn)象還是可以表明在此濃度下的鎘脅迫對這兩種擬南芥植株均已造成損傷。褪色的程度不同，是由于擬南芥基因型不同，植物的耐受性不同，受到的損傷程度也不同。

3.2 鎘脅迫對葉綠素含量的影響

由圖1可知，Columbia野生型擬南芥和npr1-1水楊酸缺失型擬南芥的葉綠素含量在未受到鎘脅迫時相差無幾，對比脅迫組可以看到，擬南芥受到鎘脅迫時，無論是兩種基因型中的哪一組，葉綠素的含量都有上升，但是npr1-1水楊酸缺失型的擬南芥葉綠素含量上升要比Columbia野生型擬南芥多，這就說明植物在遭受逆境脅迫時，其體內(nèi)的水楊酸可以在一定程度上保護(hù)植物的葉綠體和光合系統(tǒng)，抑制植物體內(nèi)葉綠素的下降。

3.3 鎘脅迫對丙二醛的影響

丙二醛是衡量植物受傷害程度的重要指標(biāo)，是植物受到逆境脅迫后細(xì)胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物。如圖2所示，兩種基因型的擬南芥受到鎘脅迫后，丙二醛含量都有所上升，這個結(jié)果同樣表明鎘對擬南芥起到脅迫作用，在一定程度上損傷了擬南芥。

相對于對照組而言，Columbia野生型擬南芥的丙二醛含量增加了50%，而npr1-1水楊酸缺失型擬南芥脅迫相對于對照增加了40%，這可以說明npr1-1水楊酸缺失的突變體與Columbia野生型擬南芥處于同樣的逆境脅迫時，npr1-1水楊酸缺失的突變體要比Columbia野生型擬南芥所受到的影響少一些，因此水楊酸抑制了鎘脅迫對植物的損害，對于植物逆境脅迫具有一定的保護(hù)作用。

3.4 鎘脅迫對供試植株鮮重、干重的影響

3.4.1 鎘脅迫對供試植株鮮重的影響。如圖3所示，脅迫組的擬南芥整體的鮮重略低于對照組，這能夠說明鎘脅迫對于植物的鮮重造成了一定的損傷。在未受到鎘脅迫時，無論是對照組還是脅迫組，npr1-1水楊酸缺失型植株的鮮重都比Columbia野生型微微的高出一些。這進(jìn)一步說明水楊酸能夠增加植物的含水量，對于植物的逆境脅迫具有抑制作用。

3.4.2 鎘脅迫對供試植株干重的影響。圖4是鎘脅迫對Columbia野生型和npr1-1水楊酸缺失型的擬南芥的單株干重的對比圖，Columbia野生型擬南芥的干重總體要略低于突變型。經(jīng)過鎘脅迫后，突變型要比Columbia野生型的干重上升30%，說明水楊酸在一定程度上抑制了鎘對植物的脅迫。

4 結(jié)論

擬南芥的外觀變化和試驗數(shù)據(jù)表明，高濃度的鎘對植物生長發(fā)育有抑制作用，會使擬南芥的生長形態(tài)變小，葉子出現(xiàn)微弱變黃和卷曲。在進(jìn)行對照組和脅迫組的對比時，鎘脅迫破壞了植物的葉綠體，進(jìn)而影響葉綠素的合成和植物的光合系統(tǒng)，脅迫組的擬南芥的鮮重和干重都比對照組的低。研究數(shù)據(jù)表明，在鎘脅迫的情況下，丙二醛有大量的積累，但是npr1-1水楊酸缺失基因型擬南芥的生化指標(biāo)積累量相對較少。具體來說，水楊酸的丙二醛指標(biāo)少于Columbia野生型，證明npr1-1水楊酸缺失型擬南芥植株受鎘脅迫沒有Columbia野生型嚴(yán)重，膜滲透破壞弱于Columbia野生型，細(xì)胞受氧化損傷比Columbia野生型輕。這進(jìn)一步說明水楊酸對植物抗逆境脅迫具有積極的促進(jìn)作用。

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