不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片響應(yīng)漬水脅迫的代謝組學(xué)分析

宋佳陽(yáng), 胡 瑜, 徐 倩, 盧 蕊, 胡龍興

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院草業(yè)科學(xué)系, 湖南 長(zhǎng)沙 410128)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn),被譽(yù)為“牧草皇后”,是世界上種植廣泛且十分重要的豆科牧草,也是我國(guó)實(shí)施農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)的首選飼料作物之一[1-2],具有巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)價(jià)值[3-4]。我國(guó)南方地區(qū)因降雨量大、季節(jié)分配不均、地下水位高等易形成內(nèi)澇或漬水脅迫現(xiàn)象,進(jìn)而影響紫花苜蓿的種植面積以及產(chǎn)量[5]。因此,厘清苜蓿對(duì)耐漬性脅迫的生理代謝響應(yīng)機(jī)制對(duì)選育耐漬性強(qiáng)的品種具有重要的指導(dǎo)意義[6-7]。

秋季休眠(Fall dormancy)被定義為苜蓿在秋季響應(yīng)日照減少和溫度下降的適應(yīng)性生長(zhǎng)特征[8],被廣泛用作抗逆性、生產(chǎn)性能和春季生長(zhǎng)的重要指標(biāo)[9]。張衛(wèi)紅等[10]對(duì)4個(gè)不同秋眠等級(jí)紫花苜蓿苗期生物學(xué)特性探究發(fā)現(xiàn),秋眠等級(jí)高的紫花苜蓿品種的耐淹性高于秋眠等級(jí)低的紫花苜蓿品種;安淵等[11]]對(duì)國(guó)外引進(jìn)的28個(gè)半秋眠和非秋眠品種的耐澇性分析發(fā)現(xiàn),秋眠級(jí)數(shù)越高,耐澇性越強(qiáng),但目前苜蓿秋眠級(jí)影響其耐漬性的作用機(jī)理尚不明確。

漬水脅迫對(duì)植物具有多方面的影響,如葉片的光合速率下降、根系呼吸受抑制、植物分生組織的伸長(zhǎng)等,其中漬水脅迫對(duì)植物造成損傷的主要原因是根系呼吸受到抑制導(dǎo)致的長(zhǎng)期缺氧。在缺氧條件下,植物根系只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸。O2是線粒體電子傳遞鏈末端的電子受體,漬水脅迫時(shí)O2可用性的降低干擾了電子傳遞鏈,迅速抑制三磷酸腺苷(ATP)的產(chǎn)生,從而抑制線粒體呼吸[12-13]。漬水脅迫使植物只能通過(guò)厭氧代謝途徑來(lái)提供維持植物在低氧環(huán)境下各項(xiàng)生理活動(dòng)所需的能量,而糖酵解的終產(chǎn)物丙酮酸被轉(zhuǎn)化成乳酸和乙醇,無(wú)法通過(guò)三羧酸循環(huán)轉(zhuǎn)化成植物所需能量,有機(jī)物損耗大,能量生成少[14]。為應(yīng)對(duì)漬水脅迫造成的能量短缺[15],植物體內(nèi)細(xì)胞首先通過(guò)糖酵解和乙醇發(fā)酵途徑產(chǎn)生能量,同時(shí)也會(huì)伴隨乳酸、醇、醛類等有毒物質(zhì)的積累[16]。在高等植物中,抗?jié)承灾参锍送ㄟ^(guò)糖酵解和乙醇發(fā)酵途徑產(chǎn)生能量外,還可以通過(guò)蘋(píng)果酸代謝、琥珀酸合成、谷氨酸轉(zhuǎn)化、磷酸戊糖等多條代謝途徑共同保證穩(wěn)定的能量及物質(zhì)供應(yīng),避免單一代謝產(chǎn)物及有害物質(zhì)的過(guò)度積累[17]。長(zhǎng)時(shí)間在漬水脅迫下的植物會(huì)激活相關(guān)基因(如ENO1,ADH1等)進(jìn)入丙氨酸發(fā)酵途徑,為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供能量[18]。因此,紫花苜蓿的代謝途徑可能與其抵抗?jié)碀n脅迫密切相關(guān)。

因此,本研究以不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片為試驗(yàn)材料,利用非靶向代謝組學(xué)方法,采用液相色譜-質(zhì)譜(Liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS)技術(shù)測(cè)定漬水脅迫下紫花苜蓿葉中相關(guān)代謝物的差異,探究漬水脅迫對(duì)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的影響,以期為紫花苜蓿耐漬品種的選育和栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料與培養(yǎng)

試驗(yàn)于2023年5—7月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)系步入式人工氣候室內(nèi)進(jìn)行。將細(xì)沙與營(yíng)養(yǎng)土按體積比為2∶1的比例混勻,然后將等量的基質(zhì)裝入塑料方盆(上口徑10 cm×10 cm,下口徑8 cm×8 cm,高度8 cm)中。選用飽滿、大小一致的種子均勻播種于基質(zhì)中,每盆播種30粒,覆蓋約1 cm基質(zhì),在人工氣候室內(nèi)培養(yǎng)。待種子發(fā)芽后幼苗長(zhǎng)至2片真葉時(shí)進(jìn)行間苗,每盆保留生長(zhǎng)一致且健壯的幼苗6～8株,每隔5 d每盆澆50 mL的1/2Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。待植株長(zhǎng)到15 cm時(shí)進(jìn)行漬水處理,每個(gè)處理組設(shè)置4個(gè)生物學(xué)重復(fù)(4盆)。人工氣候室生長(zhǎng)條件為:溫度25℃/20℃(晝/夜),光照時(shí)間14 h,相對(duì)濕度70%～75%,光照強(qiáng)度為450 μmol·m-2·s-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì),將處理組盆栽材料放置于裝滿自來(lái)水的方形盆中,使水面沒(méi)過(guò)培養(yǎng)基質(zhì)表面約1 cm左右,每天補(bǔ)充因蒸發(fā)散失的水量。每隔2 d換一次水,分別在漬水處理第7 d和14 d取植株的倒數(shù)第三、四片復(fù)葉凍于液氮,存儲(chǔ)于-80℃冰箱用于后續(xù)指標(biāo)的測(cè)定。每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù),以正常澆水對(duì)照。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1丙二醛含量測(cè)定 采用TCA-TBA法測(cè)定[19]。

1.3.2代謝產(chǎn)物提取與測(cè)定 稱取25 mg凍干樣品,加入500 μL提取液(甲醇∶水=3∶1 (V/V),含同位素標(biāo)記內(nèi)標(biāo)混合物);35 Hz研磨處理4 min,超聲5 min (冰水浴);重復(fù)步驟2～3次;—40℃靜置1 h;將樣品4℃,12 000 r·min-1[離心力13 800(×g),半徑8.6 cm],離心15 min;取上清于進(jìn)樣瓶中,上機(jī)檢測(cè);所有樣品另取等量上清混合成質(zhì)量控制(QC)樣品上機(jī)檢測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016整理;用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析和Ducan式多重檢驗(yàn)(P<0.05),使用SigmaPlot 12.5軟件進(jìn)行作圖。代謝組數(shù)據(jù)分析中,采用正交偏最小二乘判別分析(Orthogonal projections to latent structures-discriminant analysis,OPLS-DA)模型,以第一主成分的變量投影重要度(Variable importance in the projection,VIP)大于1與P值(P-value)小于0.05為閾值,篩選豐度上調(diào)或下調(diào)的代謝物。本研究基于京都基因和基因組百科全書(shū)(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)Pathway數(shù)據(jù)庫(kù),使用SIMCA軟件(V16.0.2,Sartorius Stedim Data Analytics AB,Umea,Sweden)對(duì)不同樣本的所有代謝物進(jìn)行主成分分析(Principal component analysis,PCA)并注釋差異代謝物富集的代謝途徑[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿漬水表型分析

如圖1所示,正常生長(zhǎng)條件下,‘SK 3010’和‘WL 525HQ’生長(zhǎng)狀態(tài)均良好無(wú)差異;漬水處理7 d時(shí),二者均出現(xiàn)澇害癥狀,但‘WL 525HQ’的黃葉率比‘SK 3010’低。漬水處理14 d時(shí),‘SK 3010’葉片萎蔫嚴(yán)重,而‘WL 525HQ’植株葉片萎蔫較少,植株?duì)顟B(tài)相對(duì)較好,葉片黃葉率低于‘SK 3010’,表明秋眠級(jí)高的‘WL 525HQ’品種比秋眠級(jí)低的‘SK 3010’品種耐漬性更強(qiáng)。

2.2 漬水脅迫下不同秋眠級(jí)紫花苜蓿生理指標(biāo)分析

為了進(jìn)一步探究不同秋眠級(jí)紫花苜蓿耐漬性,對(duì)‘SK 3010’和‘WL 525HQ’漬水處理后的葉片組織進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定,發(fā)現(xiàn)紫花苜?！甋K 3010’和‘WL 525HQ’的MDA含量在漬水處理7 d和14 d后均高于對(duì)照組(圖2),且‘SK 3010’在漬水處理7 d和14 d積累的MDA含量比‘WL 525HQ’高,表明‘SK 3010’的細(xì)胞膜創(chuàng)傷程度更高。

圖2 漬水處理對(duì)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿MDA含量的影響Fig.2 Effect of waterlogging on MDA content of alfalfa with different fall dormancy levels

2.3 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片響應(yīng)漬水脅迫的代謝組學(xué)分析

2.3.1非靶向代謝組學(xué)數(shù)據(jù)分析 為分析漬水條件下不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片代謝產(chǎn)物含量及代謝途徑的變化,采用LC-MS技術(shù)對(duì)漬水處理前后紫花苜?！甋K 3010’和‘WL 525HQ’的葉片代謝物進(jìn)行檢測(cè)。主成分分析(PCA)結(jié)果表明四組樣本的重復(fù)性良好,PC2可將兩個(gè)品種的對(duì)照與漬水處理分開(kāi)(圖3A)。通過(guò)MS進(jìn)行定性和定量分析,共檢測(cè)到1 077個(gè)代謝產(chǎn)物,分為13組,其中,脂質(zhì)類化合物345個(gè)(32.07%),有機(jī)雜環(huán)化合物147個(gè)(13.68 %),苯丙素類和聚酮類145個(gè)(13.45 %),有機(jī)酸及其衍生物140個(gè)(12.99%),苯環(huán)型化合物115種(10.69%),有機(jī)氧化合物93個(gè)(8.62%),21種核苷酸類和有機(jī)氮化合物(1.95%),碳?xì)浠衔?1個(gè)(1.03%),5個(gè)生物堿及其衍生物和木脂素類化合物(0.46%),3個(gè)有機(jī)硫化合物(0.23%),以及26種其他代謝物(2.41%)(圖3B)。對(duì)漬水前后紫花苜?！甋K 3010’和‘WL 525HQ’葉片中差異代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)‘SK 3010’中有139個(gè)差異代謝產(chǎn)物,‘WL 525HQ’中有231個(gè)差異代謝產(chǎn)物。隨后對(duì)這些差異代謝產(chǎn)物進(jìn)行聚類分析,如圖3C、3D所示,‘SK 3010’聚類為兩簇,第一簇差異代謝產(chǎn)物含量上調(diào),共10個(gè),第二簇差異代謝產(chǎn)物含量下調(diào),共129個(gè);‘WL 525HQ’聚類為兩簇,第一簇差異代謝產(chǎn)物含量上調(diào),第二簇差異代謝產(chǎn)物含量下調(diào),其中上調(diào)差異代謝產(chǎn)物19個(gè),下調(diào)差異代謝產(chǎn)物212個(gè)。

圖3 非靶向代謝數(shù)據(jù)分析Fig.3 Analysis of untargeted metabolic data注:圖A,主成分分析(PCA);圖B,不同秋眠級(jí)紫花苜蓿漬水處理前后代謝產(chǎn)物分類;圖C,‘SK 3010’差異代謝物熱圖;圖D,‘WL 525HQ’差異代謝物熱圖Note:Panel A,Principal Component Analysis (PCA);Panel B,Classification of metabolites of alfalfas with different fall dormancy levels before and after waterlogging treatment;Panel C,‘SK 3010’ differential metabolite heat map;Panel D,‘WL 525HQ’ differential metabolite heat map

2.3.2差異代謝物KEGG通路富集分析 本研究利用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)每個(gè)組的差異代謝產(chǎn)物進(jìn)行了通路富集分析,‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK、‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK中的差異代謝產(chǎn)物涉及多個(gè)途徑,主要途徑如圖4所示,在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK組中,差異代謝產(chǎn)物在丙酮酸代謝,糖酵解和糖異生,苯丙氨酸代謝,氰胺酸代謝,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝,酪氨酸代謝,D-氨基酸代謝,生物堿合成,2-氧羧酸代謝,纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸的生物合成,抗壞血酸和醛酸鹽代謝,氨基酸的生物合成,氨酰生物合成相關(guān)等代謝途徑顯著富集(P<0.05)(圖4A)。

2.4 關(guān)注突出成就和社會(huì)熱點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí) 生物學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)、生活和社會(huì)息息相關(guān)，如健康知識(shí)、飲食常識(shí)、環(huán)保知識(shí)、遺傳病的預(yù)防、吸煙的危害、轉(zhuǎn)基因食品的安全問(wèn)題等；生命科學(xué)的突出成就與人類的健康生活和國(guó)家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)利益密切相關(guān)，如諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)對(duì)維護(hù)人類健康的意義、袁隆平雜交水稻對(duì)人類社會(huì)的貢獻(xiàn)等。教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)去參與個(gè)人和社會(huì)事務(wù)的討論，嘗試解決生活中的生物學(xué)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)自然、熱愛(ài)生命、熱愛(ài)生物科學(xué)、關(guān)心和維護(hù)地球生態(tài)環(huán)境的責(zé)任意識(shí)，樹(shù)立建設(shè)祖國(guó)和家鄉(xiāng)的義務(wù)感和責(zé)任感。

圖4 成對(duì)比較差異代謝物KEGG注釋和富集分析Fig.4 KEGG annotation and enrichment analysis on the pairwise comparison of differential metabolites

在‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK組中,差異代謝產(chǎn)物在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝,酪氨酸代謝,氰胺酸代謝,2-氧羧酸代謝,苯丙氨酸代謝,D-氨基酸代謝,內(nèi)酰胺生物合成,苯基丙酸類生物合成,精氨酸生物合成,氨基酸的生物合成,氨酰生物合成等代謝通路顯著富集(P<0.05)(圖4B)。

2.3.3差異代謝物表達(dá)分析 本試驗(yàn)鑒定到的差異代謝物主要包括氨基酸及其衍生物、糖類、有機(jī)酸、脂類、黃酮類、核苷及其衍生物等6大類。不同類型的代謝物在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK和‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK兩個(gè)比較組中的含量變化不同。如圖5A所示,共有13種氨基酸在兩個(gè)比較組中含量變化不同,如甲基脯氨酸、L-谷氨酸、蘇氨酸等,其中甲基脯氨酸和L-蘇氨酸在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中上調(diào),在‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中下調(diào)。L-谷氨酸在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中下調(diào),在‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中上調(diào)。共有5種脂肪酸在兩個(gè)比較組中含量變化不同(圖5B),D-蘋(píng)果酸和檸康酸在兩個(gè)比較組中受到了漬水脅迫相反的調(diào)控,二者均在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中上調(diào),在‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中下調(diào)。如圖5C所示,有4種有機(jī)酸受到了漬水脅迫的影響,在兩個(gè)比較組中含量不同。其中L-乳酸和丙酮酸在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中下調(diào)幅度較大,戊二酸和羥基丙酸‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中下調(diào)更多。如圖5D所示,共有11種黃酮類化合物在兩個(gè)比較組中含量變化不同,如6-羥基黃酮在兩個(gè)比較組中受到了漬水脅迫相反的調(diào)控,在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中上調(diào),在‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中下調(diào)。共有5種糖類受到了漬水脅迫的影響,其中阿拉伯糖醇在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中上調(diào)幅度較大,氨基葡萄糖、D-麥芽糖、葡糖酸內(nèi)酯、熊果苷在‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中下調(diào)更多。

2.3.4差異代謝物代謝通路分析 為解漬水脅迫對(duì)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿葉片代謝途徑的影響,根據(jù)‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK和‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK兩個(gè)比較組中的差異代謝物,繪制了其所在的代謝途徑,并利用方格中不同顏色表征各差異代謝物的變化情況(圖6),表明漬水脅迫顯著影響TCA循環(huán)、氨基酸代謝和黃酮生物合成相關(guān)代謝途徑[20-21]。

3 討論

當(dāng)植株長(zhǎng)期處于漬水脅迫時(shí),根系主要進(jìn)行無(wú)氧呼吸,葉面氣孔應(yīng)激性關(guān)閉,從而導(dǎo)致體內(nèi)ROS積累過(guò)量,細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生和清除氧自由基的動(dòng)態(tài)失衡,對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷,進(jìn)而導(dǎo)致植株地上葉片發(fā)黃凋落和地下主根腐爛[22-24]。MDA是細(xì)胞毒性物質(zhì),它與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)、酶等結(jié)合、交聯(lián)并使之失活,最終對(duì)植物細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用。因此,植物受漬水脅迫的程度可以間接通過(guò)MDA含量的高低反映[25-26]。本研究發(fā)現(xiàn)漬水處理后‘SK 3010’中MDA含量顯著高于‘WL 525HQ’,說(shuō)明‘SK 3010’受損傷程度更高,這與其地上部分黃葉率高于‘WL 525HQ’的表型相對(duì)應(yīng),這些結(jié)果表明‘WL 525HQ’的耐漬性強(qiáng)于‘SK 3010’,這與張衛(wèi)紅等[10]報(bào)道的秋眠級(jí)高的紫花苜蓿耐漬性強(qiáng)的研究結(jié)果一致。

代謝組學(xué)是在轉(zhuǎn)錄組和基因組學(xué)之后又一門(mén)新興學(xué)科。植物感受到脅迫時(shí),會(huì)在生理及代謝水平及時(shí)進(jìn)行調(diào)整確保生命活動(dòng)正常運(yùn)行[27]。紫花苜蓿的耐漬調(diào)節(jié)是一個(gè)復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò),涉及能量代謝、氨基酸代謝、脂質(zhì)代謝、黃酮類代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等各種通路[28]。本研究結(jié)果表明,氨基酸代謝中蘇氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸、天冬酰胺、谷氨酸和谷氨酰胺等代謝途徑參與了耐漬調(diào)節(jié),黃酮和黃酮醇的生物合成,丙酮酸代謝,生物堿合成等代謝途徑也參與其中。氨基酸是多種生物功能大分子蛋白的前體,在多種非生物脅迫下具有多種功能,可以通過(guò)參與相關(guān)基因表達(dá)和關(guān)鍵酶的活性調(diào)節(jié)等途徑改變植物生理代謝進(jìn)而提高植物對(duì)逆境的適應(yīng)性[29]。同時(shí)氨基酸和其他含氮化合物的積累是迄今報(bào)道的幾乎所有植物脅迫反應(yīng)的一個(gè)顯著生化特征。氮代謝的這種變化被解釋為相容溶質(zhì)的積累,為未來(lái)需求產(chǎn)生碳和氮儲(chǔ)備。因此,含氮化合物的積累可能是對(duì)脅迫下生長(zhǎng)速率降低導(dǎo)致的氮需求減少的一種反應(yīng)[30]。天冬酰胺在植株體內(nèi)氮的長(zhǎng)距離運(yùn)輸中起著核心作用,直接或間接參與氮同化、脯氨酸和多胺的生物合成以及光呼吸對(duì)銨的解毒[31],因此,天冬酰胺代謝可能通過(guò)支持核心氮代謝在耐漬性中發(fā)揮關(guān)鍵作用[32]。谷氨酸和谷氨酰胺在通過(guò)谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶途徑的NH4+同化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用[30],谷氨酸在白菜的耐旱性和長(zhǎng)葉萵筍的抗水分脅迫方面產(chǎn)生積極影響[33-34],同時(shí)谷氨酸也是其他氨基酸的氨基主要供體,谷氨酸合酶可催化谷氨酰胺和α-酮戊二酸形成谷氨酸[35]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,谷氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺在耐漬性強(qiáng)的‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中含量上調(diào),其中谷氨酰胺和天冬酰胺較耐漬性弱的‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中含量上調(diào)差異顯著,因此,猜測(cè)此三類氨基酸可能與紫花苜蓿耐漬性相關(guān)。絲氨酸作為被鑒定出的防御蛋白[36],是保護(hù)膜免受活性氧損傷的內(nèi)源性植物抗氧化劑之一[37]。有研究發(fā)現(xiàn)在鎘處理的擬南芥植株中,絲氨酸的代謝水平較處理前升高[33],說(shuō)明絲氨酸代謝與植物逆境脅迫相關(guān),這與Kavi等[38]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中,耐漬性強(qiáng)的‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK比較組中絲氨酸含量上調(diào),耐漬性弱的‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中絲氨酸含量下調(diào),說(shuō)明絲氨酸對(duì)‘WL 525HQ’應(yīng)對(duì)漬水脅迫具有積極重要作用,這與Wang等[36]研究結(jié)果一致。黃酮類物質(zhì)具有顯著的抗氧化性,可以有效地抑制或消除自由基對(duì)植物的損害,是一類重要的次生代謝產(chǎn)物,可以通過(guò)調(diào)控相關(guān)蛋白和基因的表達(dá)參與植物的抗逆過(guò)程[39]。在本試驗(yàn)中,‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK和‘WL 525HQ’-WL vs. ‘WL 525HQ’-CK兩個(gè)比較組中差異代謝產(chǎn)物含有多個(gè)黃酮類化合物,其中6-羥基黃酮在‘SK 3010’-WL vs. ‘SK 3010’-CK比較組中含量增多,說(shuō)明漬水脅迫后紫花苜?！甋K 3010’體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧自由基更多,引起了具有抗氧化作用的6-羥基黃酮的上調(diào),這與漬水脅迫下‘SK 3010’受到的損傷更嚴(yán)重結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿漬水處理發(fā)現(xiàn),高秋眠級(jí)品種‘WL 525HQ’較低秋眠級(jí)品種‘SK 3010’的MDA含量更低、耐漬性更強(qiáng)。代謝組學(xué)分析結(jié)果表明,‘WL 525HQ’受到漬水脅迫影響的代謝途徑中谷氨酸、絲氨酸、谷氨酰胺和天冬酰胺等代謝產(chǎn)物含量顯著上調(diào),說(shuō)明這些代謝產(chǎn)物參與的氨基酸代謝過(guò)程提高了紫花苜蓿的耐漬性。本研究不僅為不同秋眠級(jí)紫花苜蓿耐漬性差異機(jī)制研究提供了理論參考,還為開(kāi)發(fā)利用和挖掘不同耐漬性紫花苜蓿有效資源提供了重要依據(jù)。