油菜素內酯緩解番茄多環(huán)芳烴毒害及其解毒機理的研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一種對環(huán)境中植物和動物持久危害的一類化合物。由于他們對人類的誘變致癌、致畸活性，多環(huán)芳烴已成為全球性關注的環(huán)境問題。由于它們廣泛分布于土壤、空氣和水中，從那里進入植物，從而對人類的健康構成威脅。這就是為什么研究對多環(huán)芳烴的解毒作用，從而確保食品安全的重要性。因此，研究植物對多環(huán)芳烴脅迫的抗性以及增強植物對其抗性及解毒機制對緩解植物多環(huán)芳烴毒害是非常重要的。油菜素內酯(BRs)是一種廣譜性的植物特異性的內源甾體激素，

2、可引起植物對各種非生物脅迫如高溫、干旱、鹽度、重金屬的誘導抗性，并促進農藥代謝。針對BRs的作用誘導抗性，本研究利用番茄對多環(huán)芳烴、鎘(Cd)以及多氯聯(lián)苯(PCBs)脅迫的反應，以及通過形態(tài)學、生理生化、分子和組織生物學的手段研究了24-表油菜素內酯(EBR)對不同生長期進和生育條件下的緩解效應。主要結果如下:
　　 1.我們研究了不同濃度EBR(0.01、1、100nM)對不同濃度菲(PHE)(30、100、300μM)脅迫下

3、番茄種子的發(fā)芽以及幼苗生長的影響。PHE脅迫延遲并降低了種子萌發(fā)率，處理10天后幼苗的高度和鮮重明顯降低。EBR處理提高了種子萌發(fā)率以及幼苗鮮重，這種差異在PHE濃度為300μM表現(xiàn)最為顯著。此外，與對照相比，EBR顯著恢復了葉綠素熒光參數水平。在PHE脅迫下，各處理抗氧化酶表現(xiàn)不同，丙二醛(MDA)濃度明顯增加。重要的是，EBR預處理增強了抗氧化酶活性并降低了MDA含量。綜合考慮各研究參數，1nM EBR對緩解PHE脅迫的效果最好，其

4、次為100 nM和0.01 nM。
　　 2.研究表明，PHE和芘(PYR)處理的植株，隨著PHE和PYR濃度的增加，處理植株的光合色素含量、光合速率、氣孔導度、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP呈劑量依賴的方式下降，而NPQ是上升的，PHE比PYR處理產生了更為嚴重的脅迫。但是采用50nM和5nM的EBR處理葉片和根系顯著提高了光合水平，緩解了脅迫。伴隨PHE或PYR濃度的增加，SOD酶活性呈下降趨勢，但GPOD、CAT、APX、GR

5、及MDA的含量呈上升趨勢。此外PHE或PYR處理降低了GSH和GSSG的含量。有趣的是PHE或PYR處理后再處理EBR可以提高根系抗氧化酶和非酶物質的含量。研究結果表明，番茄幼苗遭遇PHE或PYR侵害，EBR可通過增強植物的解毒活性起到抗污染脅迫的作用。
　　 3.研究表明，以300μM的PHE處理21天時，通過氣孔和非氣孔因素，顯著降低番茄幼苗的光合速率。葉綠素熒光參數的改變表明PHE處理發(fā)生了光抑制，進一步破壞光合作用機制。

6、H2O2含量的積累及其在葉片中的定位表明，PHE處理產生了氧化脅迫。PHE處理誘導了與抗氧化相關的大多數酶活性。重要的是EBR+PHE處理比PHE單獨處理顯著增加了植株的生物量和光合速率，并且EBR+PHE處理比PHE單獨處理更能夠降低H2O2含量、增加抗氧化酶活性、促進解毒相關基因CYP90b3,GSH1和GST1的表達。有趣的是，PHE和PYR處理后，GSH含量和GSSG含量均呈降低趨勢。相應GST含量的上升或許增加GSH的結合能力

7、從而促進PHE的代謝。同時，EBR+PHE處理后，根系中較低的PHE含量表明PHE可能在根系中降解。結果表明，EBR通過植物解毒機制增強植物對PHE的抗性。
　　 4.研究了PHE和EBR對番茄根系次生代謝和超微結構的影響。PHE處理增加了植物次生代謝相關酶GST、G6PDH、SKDH、PAL、CAD的活性，誘導相關基因的表達。EBR單獨處理或者EBR和PHE共同處理誘導的次生代謝相關酶活性和基因表達均高于PHE單獨處理。PHE

8、處理誘導了酚類和類黃酮物質含量和相應酶含量的增加及DPPH的活性，而EBR處理則進一步增強了上述各項參數。PHE處理根尖細胞，細胞的超微結構發(fā)生改變，細胞核變形，線粒體數目減少，細胞壁變薄和較多的液泡，但是EBR處理后顯著緩解了這些癥狀，細胞壁增厚，線粒體和內質網數目增加，液泡變小。結果表明EBR通過調節(jié)根尖次生代謝增強番茄根系耐受性。
　　 5.重金屬污染常伴隨有機污染物，如PAHs，對這種協(xié)同污染的生理效應研究較少。但對混合

9、污染的脅迫反應及抗性機理對植物的生長發(fā)育和抗性增強是非常重要的。因此，我們在溫室內研究了100μM PHE和100μM Cd混合脅迫效應以及EBR的緩解效應。處理40d后，PHE處理、Cd處理以及協(xié)同污染顯著降低了同化物合成、光合作用以及葉綠素含量。讓人出乎意料的是，PHE、Cd協(xié)同污染并沒有降低生長量，相反卻稍微提高了干物質量，光合速率和葉綠素含量。單一或復合污染提高了H2O2和MDA的含量、抗氧化物活性及相關基因表達，表明以上污染導

10、致了氧化脅迫。另外PHE處理和Cd處理誘導了番茄葉片中次生代謝產物，解毒相關酶的活性及谷胱甘肽含量的提高。有趣的是，對脅迫植株外源噴施EBR后，可有效提高其生物量、光合、葉綠素，但降低了H2O2和MDA含量，同時伴隨有抗氧化酶活性的提高。另外EBR激活了與次生代謝和解毒相關酶的活性，從而提高了其抗污染的能力。我們的結果表明，外源噴施EBR通過有效提高抗氧化能力、解毒能力和次生代謝從而提高混合污染脅迫抗性。
　　 6.PAHs能夠

11、影響多種種植的蔬菜植物，PAHs對蔬菜植物各種生理參數的影響及其植物對PAHs脅迫的響應是脅迫生物學重要的研究內容。PHE處理5種蔬菜植物14天葉齡的葉片，葉片的生長量、光合作用和葉綠素含量以劑量依賴的方式均呈現(xiàn)下降趨勢，MDA和H2O2以劑量依賴的方式呈上升趨勢，抗氧化酶活性上升，表明PHE產生了氧化脅迫。但是，在一定范圍，不同蔬菜種類的生長量和抗氧化防御有所差異，從而導致植物產生不同的耐受性和植物毒性?？傊?，5種蔬菜植物遭遇PHE毒

12、性順序為小白菜、黃瓜、生菜、番茄和菜苔。
　　 7.PCBs是空氣中常見的永久性有機污染物?？諝庵械腜CBs的植物修復從而減輕對人體的傷害是一個新概念。然而空氣中的PCBs對植物生長、光合和抗氧化系統(tǒng)研究較少。同時BRs已被作為一種潛在的植物調控相關的生理激素。因此，我們研究了PCBs和EBR對同化產物積累、光合機理、抗氧化酶活性的影響。不同濃度(0.4，2.0，10μg/L)的噴施顯著降低了植株干重、光合速率、葉綠素含量。PC

13、Bs誘導的光合抑制與氣孔、非氣孔因素均相關。同時，不同水平的PCBs處理Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP均明顯降低，表明PCBs可誘導光抑制。H2O2和MDA的累計表明幼苗在PCBs的脅迫下遭受了氧化脅迫，進而產生了過量的ROS導致了抗氧化酶活性受抑制。相反，噴施100nmEBR提高了同化物質積累、光合速率、葉綠素含量、Fv/Fm、ΦPsⅡ、qP，進而降低了光抑制，EBR通過激活抗氧化活性減輕了ROS積累和MDA毒害。我們的結果表明，EBR具