鑭對UV-B輻射脅迫下大豆幼苗內(nèi)源激素與類黃酮代謝影響.pdf

1、臭氧層衰減誘發(fā)UV-B輻射抵達地球表面增加,對陸生植物的影響引起世人廣泛關注。探討稀土對UV-B輻射脅迫傷害植物的影響與機理,是稀土環(huán)境植物學研究的拓展和延伸,其結果可為減輕UV-B輻射傷害植物的防護對策提供參考。本文采用水培方法,以油料作物大豆(Glycine max)為實驗材料,以生理學、生物化學及物理化學方法為研究手段;以La(Ⅲ)對UV-B輻射脅迫下大豆幼苗生長、內(nèi)源激素與芳香族氨基酸含量、類黃酮代謝關鍵酶的影響與機理為內(nèi)容;從

2、環(huán)境生態(tài)角度,生理生化及酶分子水平,揭示La(Ⅲ)對UV-B輻射脅迫下植物內(nèi)源激素和類黃酮代謝的影響與機理;為科學評價稀土對UV-B輻射脅迫傷害植物的影響;豐富UV-B輻射生態(tài)學理論,提供參考,主要研究結果如下:
　　 (1)UV-B輻射脅迫下,大豆幼苗根系活力下降,抑制了營養(yǎng)元素吸收,破壞葉片形態(tài),降低葉片光合作用,最終導致整個植物干物質(zhì)累積量降低,此效應隨UV-B輻射脅迫劑量增加而加劇。La(Ⅲ),(20 mg/L)能提高大

3、豆根系活力、葉綠素含量、礦質(zhì)元素含量,進而促進光合作用,提高葉片葉面積及大豆幼苗鮮(干)重,促進大豆幼苗的生長。La(Ⅲ)(20 mg/L)的介入使逆境中的大豆幼苗也能盡量維持對光能的吸收和利用,從而滿足植物自身恢復所需的能量和物質(zhì),緩解UV-B輻射對葉片損傷。高劑量La(Ⅲ)(60 mg/L)降低大豆根系活力、葉綠素含量、礦質(zhì)元素含量,進而抑制光合作用,降低葉片葉面積及大豆幼苗鮮(干)重,抑制大豆幼苗的生長。La(Ⅲ)(60 mg/L

4、)+UV-B輻射脅迫處理對大豆幼苗起到了協(xié)同抑制作用。La(Ⅲ)(60mg/L)的介入加劇了植物自身恢復所需能量和物質(zhì)的減少,使逆境中的大豆幼苗表現(xiàn)出受到復合脅迫傷害的作用。適量La(Ⅲ)可緩解UV-B輻射脅迫對大豆生長的抑制作用,而高劑量La(Ⅲ)可加劇UV-B輻射脅迫對大豆生長的抑制作用。
　　 (2)UV-B輻射脅迫下,大豆幼苗IAA、GA和CTK含量下降,ABA、ETH含量和IAAO活性增加,器官生長發(fā)育減緩、形態(tài)結構改

5、變、生物量下降,此效應隨UV-B輻射脅迫劑量增加而加劇。La(Ⅲ)(20 mg/L)能提高UV-B輻射脅迫下大豆幼苗IAA、GA和CTK含量、降低ABA含量、IAAO活性和乙烯含量,減輕UV-B輻射脅迫對植物生長的抑制,緩解植株生長與類黃酮合成的矛盾,減緩UV-B輻射對植株傷害。La(Ⅲ)(20mg/L)對植物的影響,可能與La(Ⅲ)(20 mg/L)增加類黃酮含量,減輕UV-B輻射脅迫傷害,穩(wěn)定細胞膜結構,維持植物水勢,降低植物對脅迫

6、的應激反應強度有關。La(Ⅲ)(60mg/L)能降低LIV-B輻射脅迫下大豆幼苗IAA、GA和CTK含量、促進ABA含量、IAAO活性升高,加劇UV-B輻射脅迫對植物生長的抑制,進而加劇UV-B輻射脅迫對植株傷害。復合脅迫使細胞增殖與生長、器官生長發(fā)育減緩、形態(tài)結構改變,生物量下降。大豆幼苗內(nèi)源乙烯釋放量在La(Ⅲ)(20 mg/L)和UV-B輻射脅迫共同作用下降低,源于1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)含量和氨基環(huán)丙烷羧酸合酶活性的減

7、少。La(Ⅲ)(20 mg/L)通過加速大豆幼苗中自由基的清除,提高細胞膜保護系統(tǒng)活性和保持細胞膜透性來抑制乙烯的生成。La(Ⅲ)(60 mg/L)表現(xiàn)出相反的結果。
　　 (3)UV-B輻射脅迫下,大豆幼苗Trp含量下降,Phe、Tyr含量,DAttPS活性升高。其結果導致植物自身IAA含量下降,抑制植物生長。Phe、Tyr含量及DAHPS活性升高,使植物向著類黃酮代謝途徑的方向生長,進而競爭性抑制了有機化合物向著植物生長的方

8、向運行;與此同時,植物次生代謝作用被增強(類黃酮含量提高),植物把更多的資源分配于防御機制,從而導致生長減緩,生物量下降。La(Ⅲ)(20 mg//L)通過提高Trp含量,有利于植物IAA含量的提高,同時通過提高大豆幼苗DAHPS活性及Phe、Tyr含量來促進類黃酮合成。類黃酮含量增加減少了進入植株體內(nèi)的UV-B輻射凈通量,減輕了UV-B輻射脅迫對大豆幼苗的傷害。La(Ⅲ)(60 mg/L)通過抑制大豆幼苗Trp、Phe、Tyr含量及D

9、AHPS活性進而抑制類黃酮合成。類黃酮含量減少從而加劇了進入植株體內(nèi)的UV-B輻射凈通量,增加了UV-B輻射脅迫對大豆幼苗的傷害。La(Ⅲ)(60 mg/L)+UV-B輻射脅迫處理對大豆幼苗表現(xiàn)出復合脅迫傷害作用。
　　 (4)UV-B輻射脅迫下,PAL活性、C4H活性、4CL活性、CHS活性及類黃酮含量升高,但在恢復期急劇下降。La(Ⅲ)(20 mg/L)的介入有效提高PAL活性、C4H活性、4CL活性、CHS活性及類黃酮含量

10、為植物抵御UV-B輻射脅迫提供屏障。La(Ⅲ)(60 mg/L)的介入抑制了PAL活性、C4H活性、4CL活性、CHS活性及類黃酮含量,不利于類黃酮的合成,對植物抵御UV-B輻射脅迫起負作用。La(Ⅲ)(20 mg/L)和UV-B輻射均能促進類黃酮代謝關鍵酶活性及類黃酮含量升高,但其機理不一致,前者是主動的促進,而后者是植物面對脅迫時的一種應激反應,是被動的提高。La(Ⅲ)(20 mg/L)對類黃酮代謝關鍵酶活性及類黃酮含量調(diào)控效果與脅

11、迫強度有關,即對低劑量UV-B輻射脅迫的緩解效果優(yōu)于高劑量。
　　 (5)通過分子動力學模擬計算,發(fā)現(xiàn)CHS蛋白表面存在大量負電荷集中區(qū)。根據(jù)化學原則,La(Ⅲ)易與CHS蛋白相互作用,導致CHS蛋白結構發(fā)生改變。UV-B輻射導致Tyr和Trp殘基的熒光同時被淬滅,CHS肽鏈上的酰氨基吸收峰及芳香氨基酸(Tyr和Trp)殘基帶的紫外吸收峰值下降,從而改變了分子的空間結構,降低CHS活性。低劑量La(Ⅲ)與CHS肽鏈中的酰氨基團上