植物次生代謝在抗氧化脅迫和有機污染物毒害中的作用及調控機制.pdf

1、設施栽培業(yè)已成為我國現代農業(yè)中的重要組成部分,但是由于農作物生長發(fā)育對環(huán)境條件的較高要求以及農業(yè)基礎設施、生產管理水平的相對落后,導致農作物的產量和品質常常受到低溫、高溫、干旱、鹽害等非生物逆境和病蟲害等生物逆境的影響。次生代謝是植物在長期進化中與環(huán)境相互作用的結果,次生代謝產物在植物提高自身保護和生存競爭能力、協調與環(huán)境關系上充當著重要的角色。因此,研究次生代謝的合成途徑以及其與環(huán)境脅迫的關系,探索一條植物的抗性、產量及品質安全調控的

2、新途徑對于建立可持續(xù)農業(yè)具有非常重要的理論和實踐意義。本文先以擬南芥(Arabidopsis thaliana)野生型和pall pal2突變體為材料,研究了擬南芥PAL1和PAL2雙基因缺失突變對次生代謝和氧化脅迫的影響;又以黃瓜(Cucumis sativus L.)為材料,研究了葉面噴施24-表油菜素內酯(EBR)對黃瓜次生代謝的影響以及葉面噴施EBR緩解黃瓜有機污染物毒害的生理與分子機理研究。所取得的主要研究結果如下:1.擬南芥

3、PAL1和PAL2雙基因缺失突變能夠抑制苯丙烷類代謝途徑的進程從而降低對氧化脅迫的抗性。結果表明,缺失PAL1和PAL2基因能有效改變擬南芥植株表觀形態(tài)和生物量,且pall pal2突變體的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性顯著下降。同時,PAL1和PAL2雙基因缺失突變阻礙了總酚、類黃酮和木質素的合成,顯著降低DPPH自由基清除活性和CAD、G-POD、CA-POD、CGA-POD、PPO活力。當pall pal2突變體受到氧化脅迫后葉綠素

4、熒光參數顯著降低,說明由于PAL1和PAL2基因的存在能夠緩解百草枯脅迫、紫外輻射脅迫對植株造成的傷害。因此,PAL通過調控次生代謝對植物抗逆反應具有積極作用。2.葉面噴施EBR能夠促進黃瓜葉片和根系次生代謝的進程。結果表明,EBR處理后短時間內即誘導黃瓜總酚、類黃酮、木質素含量以及DPPH自由基清除活性的上升，直至2 d后次生代謝物質含量顯著下降,然后隨著時間的延長恢復到正常水平。同時,EBR處理使黃瓜體內的次生代謝相關酶活性呈現出類

5、似的周期性變化。然后,選擇次生代謝變化幅度最明顯的時間點進行測定,肉桂酸、對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸的變化規(guī)律與總酚、類黃酮、木質素一致,而次生代謝相關基因的表達量也與次生代謝相關酶活性一致。值得注意的是,葉面噴施EBR導致黃瓜葉片中的次生代謝變化均早于根系。因此,BR可能是通過可移動運輸的物質作為信號從而促進植株整體的次生代謝。3.EBR能夠加速有機污染物在黃瓜體內的代謝從而緩解毒害。首先,確定了三種具有代表性的有機污染物的實驗使用濃度

6、,三氯苯酚(屬于氯代酚類化合物)為5μM,毒死蜱(屬于農藥)為10μM,土霉素(屬于抗生素)為50μM。結果表明,有機污染物能夠明顯抑制黃瓜的地上部、地下部生長量,而不同濃度的EBR預處理都顯著緩解有機污染物對生長量的受抑現象,以0.1μM緩解效果最佳。然后,對抗氧化能力、谷胱甘肽S-轉移酶和次生代謝進行測定,EBR預處理顯著降低膜質過氧化(MDA)程度,明顯提高有機污染物處理后SOD、CAT、APX的活性和基因表達量;EBR顯著提高G