乙烯利對干旱脅迫下草地早熟禾抗氧化酶基因表達的影響

高婭楠， 韓烈保， 許立新

(北京林業(yè)大學草業(yè)與草原學院， 北京100083)

草地早熟禾(Poapratensis)是一種優(yōu)良冷季型草，在我國北方干旱半干旱地區(qū)廣泛種植。生長期內(nèi)對水分需求較高[1]，因此干旱成為限制草地早熟禾正常生長發(fā)育的主要因素之一。干旱脅迫會誘導植物產(chǎn)生大量的活性氧(Reactive oxygen species,ROS)，而過量的ROS積累會對植物產(chǎn)生損害[2]。植物有一個龐雜的抗氧化體系來響應(yīng)干旱脅迫，涉及到細胞質(zhì)、葉綠體、線粒體、細胞核、液泡和過氧化物酶體等細胞器中進行的生化反應(yīng)[3]。其中抗氧化酶系統(tǒng)通過提高抗氧化酶的活性清除多余ROS，維持植物體內(nèi)氧平衡[4-5]。干旱脅迫下，植物不僅會在生理水平發(fā)生抗氧化酶活性的變化，在分子水平也會發(fā)生抗氧化酶基因表達量的上調(diào)或者下調(diào)。Zhang等[6]分析了干旱脅迫下的白三葉((TrifoliumrepensL.)抗氧化酶基因表達模式，發(fā)現(xiàn)白三葉在干旱3 h時，迅速激活了CAT，F(xiàn)e-SOD，Mn-SOD，Cu/Zn-SOD的基因表達。張菲等[7]發(fā)現(xiàn)，枳(PoncirustrifoliataL.)在干旱脅迫下PtMn-SOD和PtCu/Zn-SOD基因表達量顯著上升，PtPOD和PtCAT1基因表達量下降。目前關(guān)于草地早熟禾干旱脅迫下抗氧化酶系統(tǒng)的研究主要集中在抗氧化酶活性的測定，且局限于不同程度不同種類脅迫下不同組織的酶活性對比研究，系統(tǒng)性分析抗氧化酶編碼基因的分類和差異表達的研究較少。

乙烯利是一種植物生長調(diào)節(jié)劑，能夠促進果蔬成熟、誘導花卉開花，也能夠提高草坪草抗旱性[8-9]。乙烯利處理會啟動干旱防御反應(yīng)，引起抗氧化酶活性的變化[10-11]，韓露[12]研究發(fā)現(xiàn)，噴施適宜濃度的乙烯利顯著增加了草地早熟禾在干旱脅迫及復水恢復過程中酶活性，降低了植物的損傷。抗氧化酶活性變化的基因調(diào)控機制十分復雜，通常由位于不同亞細胞區(qū)室的同工酶協(xié)同影響，尤其是SOD酶還受到不同金屬離子活性結(jié)合區(qū)的影響。目前草地早熟禾抗氧化酶編碼基因的詳細分類并不明確，乙烯利提高草地早熟禾抗旱性過程中不同亞細胞區(qū)室抗氧化酶編碼基因的基本響應(yīng)和表達模式數(shù)據(jù)也不清晰，制約了乙烯利調(diào)控植物抗性機制的進一步研究。

項目組前期利用Illumina Hiseq 2000測序技術(shù)得到草地早熟禾相關(guān)轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)(NCBI：PRJNA746674)、構(gòu)建文庫并完成了RT-PCR的驗證[13]，本文在此基礎(chǔ)上通過生物信息學分析對草地早熟禾抗氧化酶編碼基因進行了細化分類，并通過分析噴施乙烯利對干旱脅迫下草地早熟禾抗氧化酶編碼基因表達情況的影響，篩選出干旱脅迫下響應(yīng)乙烯利調(diào)控的抗氧化酶編碼基因，旨在解釋乙烯利通過提高抗氧化酶活性從而提高植物抗旱性機理。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗材料為草地早熟禾的‘Nuglade’品種。本研究設(shè)3個處理，分別為：對照處理CK(過量噴施蒸餾水至葉片凝結(jié)水珠，噴施處理7 d后正常供水，土壤含水量35%)、干旱脅迫處理D(過量噴施蒸餾水至葉片凝結(jié)水珠，噴施處理7 d后停止?jié)菜敝镣寥篮拷抵?%)、乙烯利+干旱脅迫處理DE(過量噴施200 mg·L-1乙烯利至葉片凝結(jié)水珠，噴施處理7 d后停止?jié)菜敝镣寥篮拷抵?%)。取樣時間均為噴施處理后22 d。分析所用草地早熟禾高通量轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù)庫由冷暖[13]構(gòu)建。

1.2 生物信息學分析

利用NCBI在線程序ORF finder(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/orffinder/)預(yù)測抗氧化酶編碼基因序列的最大開放閱讀框；利用NCBI在線程序Conserved Domains Search(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi)對抗氧化酶編碼基因序列進行在線比對查找結(jié)構(gòu)域；利用在線工具WoLF PSORT(https://wolfpsort.hgc.jp/)預(yù)測抗氧化酶基因序列編碼蛋白亞細胞定位。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本研究中基因表達量數(shù)據(jù)來自轉(zhuǎn)錄組FPKM值，結(jié)果采用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較，并用平均值和標準誤來表示數(shù)據(jù)結(jié)果，使用Origin 2019制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地早熟禾抗氧化酶編碼基因信息

通過cDNA庫基因功能注釋篩選，共篩選到121個與抗氧化酶功能結(jié)構(gòu)域有關(guān)的基因(表1)，其中數(shù)量最多的是SOD編碼基因，其次是CAT，GPX，APX，MDHAR(后文簡稱MR)等編碼基因。數(shù)據(jù)庫中搜索到的DHAR(后文簡稱為DR)編碼基因數(shù)目最少，為2條，亞細胞預(yù)測分析顯示這兩條基因都定位于葉綠體。

表1 草地早熟禾參與ROS清除的主要抗氧化酶編碼基因Table1 Antioxidant enzymes encoding genes of Poa pratensis

2.2 不同亞細胞區(qū)室抗氧化酶編碼基因表達量

各亞細胞區(qū)室中共篩選到43個抗氧化酶編碼基因參與草地早熟禾的干旱響應(yīng)過程，其中11個基因響應(yīng)乙烯利調(diào)控，分別定為于葉綠體、細胞質(zhì)、細胞核和過氧化物酶體(表2)。

2.2.1葉綠體 與其他亞細胞區(qū)室相比，在葉綠體中篩選到的編碼抗氧化酶基因數(shù)目最多，共計40個，分別編碼SOD，CAT，APX，GR，DR，MR，GPX。其中16個基因的表達量未受到干旱脅迫的影響，即與對照組相比，F(xiàn)PKM無顯著變化(表3)。葉綠體中干旱脅迫下誘導表達的抗氧化酶編碼基因共24個，其中響應(yīng)乙烯利調(diào)控的抗氧化酶編碼基因有4個。分別為ChlCu-ZnSOD2(圖1 B)，ChlSODcopperchaperone1(圖1 H)，ChlGPX2(圖2 H)以及ChlMR3(圖3 C)。

表3 草地早熟禾葉綠體內(nèi)非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 3 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Chloroplast that do not respond to drought stress

由圖1所示，與CK相比，D中ChlCu-ZnSOD1，ChlFeSOD5，ChlSODcopperchaperone2，ChlSODcopperchaperone3表達量顯著升高(P<0.05)，與D相比，以上基因均不響應(yīng)乙烯利調(diào)控；與CK相比，D中ChlCu-ZnSOD2，ChlFeSOD1，ChlFeSOD2，ChlFeSOD3，ChlFeSOD4，ChlSODcopperchaperone1表達量顯著降低(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利顯著提高了ChlCu-ZnSOD2，ChlSODcopperchaperone1的表達量(P<0.05)，對ChlFeSOD1，ChlFeSOD2表達量的下降也有一定緩解作用，但作用并不顯著。

圖1 草地早熟禾葉綠體內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因(SOD)Fig.1 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensisChloroplas response to drought (SOD)

如圖2所示，與CK相比，D中ChlCAT2，ChltAPX，ChlsAPX，ChlAPX1，ChlAPX2，ChlGR，ChlGPX1表達量顯著下降(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利一定程度的緩解了ChlCAT2，ChltAPX，ChlAPX1，ChlGR表達量的下降，但作用不顯著；與CK相比，D中ChlGPX2表達量顯著上升，與D相比，噴施乙烯利顯著影響了ChlGPX2的表達量(P<0.05)，使其基因表達量保持在未受脅迫時的水平。

圖2 草地早熟禾葉綠體內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因(CAT，APXA，GR，GPX)Fig.2 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensisChloroplas response to drought(CAT，APX，GR，GPX)

由圖3所示，與CK相比，D中ChlMR1，ChlMR2，ChlMR3表達量顯著下降，與D相比，ChlMR3響應(yīng)乙烯利調(diào)控，維持了干旱脅迫下其表達量的穩(wěn)定；與CK相比，D中ChlMR4，ChlMR5在表達量顯著上升(P<0.05)，ChlDR表達量有一定程度的升高，與D相比，噴施乙烯利進一步地促進了ChlDR表達量的提高。

圖3 草地早熟禾葉綠體內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因(MR，DR)Fig.3 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensisChloroplas response to drought(MR，DR)

2.2.2線粒體 由表4可知，多個亞細胞定位于線粒體，SOD，CAT，APX，MR，GPX的編碼基因在數(shù)據(jù)庫被識別，其中干旱脅迫下無差異表達的抗氧化酶編碼基因共7個。線粒體中干旱脅迫下差異表達的抗氧化酶編碼基因共5個(見圖4)，均不響應(yīng)乙烯利的調(diào)控。

表4 草地早熟禾線粒體內(nèi)非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 4 Genes encoding antioxidant enzyme of Poapratensis Mitochondria that do not respond to drought stress

由圖4所示，與CK相比，D中MitMnSOD1，MitAPX1，MitGPX表達量顯著下降，MitMnSOD2，MitAPX2在表達量顯著升高(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利對其影響均不顯著。

圖4 草地早熟禾線粒體內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因Fig.4 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Mitochondria response to drought

2.2.3細胞質(zhì) 細胞質(zhì)中篩選到的編碼抗氧化酶基因共計29個，分別編碼SOD，CAT，APX，GR，MDHAR，GPX，其中干旱脅迫下無差異表達的抗氧化酶編碼基因共16個，見表5。細胞質(zhì)中干旱脅迫下差異表達的抗氧化酶編碼基因共13個，其中干旱脅迫下響應(yīng)乙烯利調(diào)控的抗氧化酶編碼基因有3個，結(jié)果顯示干旱脅迫下CytCAT3(圖5C)和CytAPX2(圖5F)響應(yīng)乙烯利調(diào)控，其他響應(yīng)乙烯利調(diào)控的抗氧化酶編碼基因還包括CytGPX1(圖6C)。

平兒鼻子流血，好像他說到日本子才流血。他向全屋四面張望，就像連一條縫也沒尋到似的，他轉(zhuǎn)身要跑，老人捉住，出了后門，盛糞的長形的籠子在門旁，掀起糞籠，老人說：

表5 草地早熟禾細胞質(zhì)內(nèi)非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 5 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Cytoplasm that do not respond to drought stress

由圖5所示，與CK相比，D中CytFeSOD，CytCAT，CytAPX2，CytsAPX，CytAPX1表達量顯著下降(P<0.05)，CytCATisozyme，CytAPX2的表達量一定程度的下降，與D相比，噴施乙烯利顯著提高了CytAPX2的表達量(P<0.05)，一定程度上改善了CytCATisozyme，CytCAT表達量受脅迫影響降低的情況；與CK相比，D中CytCu-ZnSOD，CytCAT3表達量顯著上升(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利顯著減小了CytCAT3表達量上升幅度(P<0.05)，一定程度上減緩了CytCu-ZnSOD表達量的上升，但影響不顯著。

圖5 草地早熟禾細胞質(zhì)內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因(SOD，CAT，APX)Fig.5 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Cytoplasm response to drought(SOD，CAT，APX)

如圖6所示，與CK相比，D中CytGR1，CytGR2，CytGPX1，CytMR表達量均顯著提高(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利顯著減緩了CytGPX1表達量的升高(P<0.05)；與CK相比，D中CytGPX2表達量顯著下降(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯能夠改善其表達量受脅迫影響的情況但效果不顯著。

圖6 草地早熟禾細胞質(zhì)內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因(GR，GPX)Fig.6 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Cytoplasm response to drought(GR，GPX)

2.2.4細胞核 在細胞核中篩選到的編碼抗氧化酶基分別編碼SOD，CAT，APX，MR，GPX，共計11個，其中干旱脅迫下無差異表達的抗氧化酶編碼基因有6個，見表6。細胞核中干旱脅迫下差異表達的抗氧化酶編碼基因共1個，為NucMR(圖7E)。

表6 草地早熟禾細胞核內(nèi)非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 6 Genes encoding antioxidant enzyme of Poapratensis Nucleus that do not respond to drought stress

由圖7所示，與對照處理相比，在干旱脅迫下NucNiSOD1表達量顯著上升(P<0.05)，與干旱處理組相比，噴施乙烯利對其表達量無影響；與對照處理相比，在干旱脅迫下NucNiSOD2，NucCAT，NucGPX，NucMR表達量均顯著下降(P<0.05)，與干旱處理組相比，噴施乙烯利顯著緩解了NucMR表達量的下降(P<0.05)。

圖7 草地早熟禾細胞核內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因Fig.7 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Nucleus response to drought

2.2.5過氧化物酶體 共有6個抗氧化酶編碼基因亞細胞定位于過氧化物酶體，分別為SOD，CAT和MR類，其中在干旱脅迫下無差異表達的抗氧化酶編碼基因有3個，見表7。過氧化物酶體中干旱脅迫下差異表達的抗氧化酶編碼基因有3個(見圖8)，其中響應(yīng)乙烯利調(diào)控的有抗氧化酶編碼基因有1個，為PerCATisozyme(圖8C)。

表7 草地早熟禾過氧化物酶體內(nèi)非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 7 Genes encoding antioxidant enzyme of Poapratensis Peroxisome that do not respond to drought stress

由圖8所示，與CK相比，D中PerCATisozyme，PerMR表達量顯著上升(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利顯著影響了PerCATisozyme表達量的上升(P<0.05)；與CK相比，D中PerCAT表達量顯著下降(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利對其表達量無影響。

圖8 草地早熟禾過氧化物酶體內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因Fig.8 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Peroxisome response to drought

2.2.6液泡 在液泡中共識別到4個抗氧化酶編碼基因，分別編碼SOD，APX，MR，其中干旱脅迫下無差異表達的抗氧化酶編碼基因共3個，見表8，差異表達的抗氧化酶編碼基因共1個(見圖9)，且不響應(yīng)乙烯利處理，為cAPX類。

表8 草地早熟禾液泡內(nèi)非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 8 Genes encoding antioxidant enzyme of Poapratensis Vacuole that do not respond to drought stress

由圖9所示，與CK相比，D中VaccAPX表達量顯著下降，與D相比，噴施乙烯利緩解了其表達量的下降，但效果并不顯著。

圖9 草地早熟禾液泡內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因Fig.9 Genes encoding antioxidant enzyme of Poa pratensis Vacuole response to drought

2.2.7其他 有19個抗氧化酶編碼基因未定位到具體的亞細胞區(qū)室，分別編碼SOD，CAT，APX，GPX。其中15個基因的表達量不受干旱脅迫的影響，見表9。干旱脅迫導致4個抗氧化酶編碼基因表達量發(fā)生變化(圖10)，其中2個響應(yīng)乙烯利調(diào)控，分別編碼sAPX(圖10B)和MR(圖10D)。

表9 草地早熟禾其他細胞器非干旱脅迫響應(yīng)的抗氧化酶編碼基因Table 9 Genes encoding antioxidant enzyme of other Poa pratensis Organelles that do not respond to drought stress

由圖10所示，與CK相比，D中Cu-ZnSOD1，sAPX，MR2表達量顯著升高(P<0.05)，與D相比，噴施乙烯利顯著減小了Cu-ZnSOD1，MR2表達量升高的幅度(P<0.05)；與CK相比，D中MR1表達量顯著下降(P<0.05)，與D相比，MR1不響應(yīng)乙烯利調(diào)控。

圖10 草地早熟禾其他細胞器內(nèi)響應(yīng)干旱脅迫的抗氧化酶編碼基因Fig.10 Genes encoding antioxidant enzyme of other Poa pratensis Organelles response to drought

3 討論

3.1 干旱脅迫下草地早熟禾抗氧化酶編碼基因表達量的變化

植物干旱脅迫耐受的機制十分復雜，受到各種生理生化過程和基因水平的綜合調(diào)控，其中，植物抗氧化酶系統(tǒng)通過酶活性及相關(guān)基因表達的變化來響應(yīng)。干旱脅迫下，植物體內(nèi)ROS積累，低水平的ROS作為信號分子參與植物細胞的抗氧化應(yīng)答過程，通過提高抗氧化酶活性和轉(zhuǎn)錄水平清除多余ROS來減輕脅迫下植株的損傷，但較高水平的ROS可能會造成抗氧化系統(tǒng)的破壞，導致抗氧化酶基因表達下調(diào)[14-15]。

本研究中，草地早熟禾不同抗氧化酶家族編碼基因響應(yīng)干旱脅迫的程度均不相同，75%的Cu-ZnSOD，50%的MR以及DR表達量出現(xiàn)明顯上調(diào)，75%的Fe-MnSOD，83.3% 的CAT，90%的APX，66.7%的GPX以及GR的表達量則下調(diào)。另外，草地早熟禾抗氧化酶編碼基因同家族的不同基因的表達受干旱脅迫影響的程度也不同，如干旱脅迫下ChlCu-ZnSOD表達量顯著發(fā)生變化，而MitCu-ZnSOD表達量的變化則不明顯；再如CytMR和PerMR在干旱脅迫下呈表達量下降的趨勢，而NucMR則表現(xiàn)為表達量上調(diào)。連玲等[16]得到了相似的結(jié)論，在對PEG處理后水稻抗氧化酶基因表達量進行研究后，發(fā)現(xiàn)秈稻(Oryzasativasubsp.indicaKato.)‘航2號’的抗氧化酶受PEG脅迫誘導，大部分基因不同程度地參與脅迫下植株的響應(yīng)，同時同一抗氧化酶基因家族在水分脅迫下不同基因?qū)σ蚁├{(diào)控的響應(yīng)程度不同，如過氧化氫酶編碼基因家族中，CATC在干旱脅迫下的變化不明顯，而CATA表達量卻升高了28倍?？寡趸妇幋a基因的不同變化情況可能是因為在干旱脅迫下不同抗氧化酶編碼基因表達受調(diào)控的途徑不同所導致的。

3.2 乙烯利對干旱脅迫下草地早熟禾抗氧化酶編碼基因表達量的影響

乙烯是植物五大激素之一，具有提高植株抗逆性的作用[17]。Tanaka等[18]研究發(fā)現(xiàn)擬南芥(Arabidopsisthaliana(L.) Heynh.)氣孔關(guān)閉和ROS信號轉(zhuǎn)導受到保衛(wèi)細胞中乙烯受體的影響，在etrl-7乙烯不敏感突變體中，H2O2關(guān)閉氣孔的功能被完全阻斷，進一步地，孫萍[19]發(fā)現(xiàn)，乙烯信號能夠促進抗氧化酶類活性的提高，減少隨干旱脅迫發(fā)生的氧化脅迫帶來的損傷，野生型及組成型乙烯突變體Ctrl-1較擬南芥乙烯不敏感突變體ein2-5和ein3-1，在乙二醇(PEG)模擬的干旱脅迫下，ROS積累水平更低。由于乙烯通常以氣體狀態(tài)存在，日常研究中，我們往往利用乙烯利來代替乙烯[10]。劉文[20]通過研究大田中環(huán)境下，噴施乙烯利對日本結(jié)縷草低溫脅迫的影響，發(fā)現(xiàn)乙烯利可以通過促進不飽和脂肪酸、纖維素合成相關(guān)酶的基因表來保持低溫脅迫下日本結(jié)縷草細胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時乙烯利處理提高了低溫脅迫下CAT編碼基因的表達量，降低了cytSOD，chlSOD和FeSOD的表達量，而對MnSOD無顯著影響，表明乙烯利可能通過不同的調(diào)節(jié)方式影響抗氧化酶編碼基因的表達量來提高草坪草的抗逆性。

本試驗中干旱脅迫使部分抗氧化酶編碼基因上調(diào)，與對照處理相比噴施乙烯利處理降低了植物受損程度，ChlGPX2，CytCAT3，CytGPX1，PerCATisozyme，Cu-ZnSOD1，MR2表達量與對照組相比顯著降低(P<0.05)。干旱脅迫也顯著降低了部分抗氧化酶編碼基因的表達量(P<0.05)，而乙烯利處理使這些下調(diào)基因的表達量與未經(jīng)乙烯利處理的對照相比有一定程度的提升，其中ChlCu-ZnSOD2，ChlSODcopperchaperone1的表達量較對照組顯著升高(P<0.05)，表明噴施乙烯利可能通過提高SOD表達量來提高草地早熟禾抗旱性。SOD對提高植物抗旱性方面的功效已經(jīng)得到證實[21]。饒麗莎[22]研究發(fā)現(xiàn)隨著干旱水平的加深，杉木(Cunninghamialanceolata(Lamb.) Hook.)組培苗的Cu-ZnSOD相對表達量逐漸增加，推測Cu-ZnSOD可能在調(diào)控杉木苗適應(yīng)干旱環(huán)境中發(fā)揮重要作用。覃鵬等[23]研究了轉(zhuǎn)SOD基因?qū)煵菘购敌缘挠绊懀舶l(fā)現(xiàn)導入外源Mn-SOD基因能夠顯著提高煙草抗旱能力。同時，干旱脅迫下噴施乙烯利處理顯著提高了ChlMR3，CytAPX2，NucMR的表達量(P<0.05)，APX和MR為抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的關(guān)鍵酶，抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)在植物抵抗氧化脅迫的過程中起重要作用[24]。表明乙烯利可能通過促進抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的運行來提高草地早熟禾抗旱性。同樣的，許立新[25]也得出了抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)途徑在草地早熟禾的抗旱響應(yīng)中起重要作用的結(jié)論，在嚴重的水分脅迫下，草地早熟禾通過較高的AsA-GSH關(guān)鍵酶活性和APX基因表達水平來適應(yīng)水分脅迫。值得注意的是，本研究中噴施乙烯利進一步促進了ChlDR表達量的提高，這表明DR參與的抗壞血酸(AsA)循環(huán)在維持干旱脅迫下光合作用系統(tǒng)的穩(wěn)定進而提高植株耐旱性方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

3.3 乙烯利對干旱脅迫下草地早熟禾不同亞細胞區(qū)室抗氧化酶編碼基因表達量的影響

亞細胞定位結(jié)果顯示不同抗氧化酶在亞細胞中的分布各不相同，說明抗氧化酶在各亞細胞中發(fā)揮的作用不同，對草地早熟禾抗氧化酶編碼基因的細化分類為克隆亞細胞組分的抗氧化酶基因提供了理論支撐。

在本試驗中，草地早熟禾噴施乙烯利后，干旱脅迫下響應(yīng)乙烯利調(diào)控基因個數(shù)最多的亞細胞區(qū)室依次為葉綠體、細胞質(zhì)。葉綠體是植物光合作用的主要場所，是細胞活性氧產(chǎn)生的主要部位之一[26]，葉綠體對環(huán)境改變較為敏感，植株受到脅迫時其超微結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯的改變，干旱脅迫下葉綠體形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性保持與抗氧化酶系統(tǒng)的正常運行有密切聯(lián)系[27-29]。葉綠體中抗氧化酶編碼基因的調(diào)節(jié)模式可作為后續(xù)研究的關(guān)注重點。細胞質(zhì)是植物生命活動，物質(zhì)交換的主要場所。目前對于細胞溶質(zhì)抗氧化防護系統(tǒng)的研究多集中在外源添加劑對其活性的影響，薛貝貝等[30]的研究表明外源精胺處理可提高玉米細胞質(zhì)抗氧化防護的能力，且其能力的提高部分是由精胺誘導合成的H2O2引起的。胡秀麗等[31]研究發(fā)現(xiàn)脫落酸增強植物抗旱性與抗氧化劑防護有關(guān)，且細胞質(zhì)活性氧參與了脫落酸誘導的信號轉(zhuǎn)導過程。但目前對細胞質(zhì)抗氧化酶基因?qū)用娴难芯枯^少，細胞質(zhì)抗氧化酶編碼基因表達的變化規(guī)律及其與其他外施激素之間的關(guān)系可作為后續(xù)研究的方向。

4 結(jié)論

不同亞細胞區(qū)室中發(fā)揮主要作用的抗氧化酶不同，且不同亞細胞區(qū)室響應(yīng)干旱和乙烯利處理的敏感度不同。葉綠體，細胞質(zhì)，細胞核和過氧化物酶體可能是乙烯利調(diào)節(jié)草地早熟禾抗氧化系統(tǒng)以提升其耐旱性的主要作用區(qū)室，線粒體和液泡暫未發(fā)現(xiàn)參與到此過程，原因和機制有待于進一步分析研究。

根據(jù)本研究結(jié)果，可以將乙烯利對抗氧化酶基因表達的影響概括為兩類，其一是乙烯利通過抑制部分抗氧化酶編碼基因在干旱脅迫下的進一步下降，從而減小干旱對抗氧化系統(tǒng)的不利影響，其二是促進干旱處理下草地早熟禾抗氧化酶編碼基因的表達量的上升進而提升其抗氧化酶系統(tǒng)活性氧清除能力。特別是，乙烯利促進了脫氫抗壞血酸還原酶在干旱脅迫下表達量的進一步提升，表明脫氫抗壞血酸還原酶可能在草地早熟禾干旱脅迫下響應(yīng)乙烯利調(diào)控機制中發(fā)揮重要作用。