高强度酸雨对水稻叶片h

高强度酸雨对水稻叶片h

质膜是植物细胞抵抗外部感染的第一个障碍，因此，第一反应是质膜及其功能蛋白。质膜h-apas是植物生命活动过程中的“主导酶”，在维持物质ph、代谢静态和逆适应方面发挥着最重要的作用。从空间顺序来看，植物叶片通常首先通过苔藓和空气进入植物叶片。在损伤叶片细胞结构并出现副作用之前，最直接的影响是植物细胞外的h-ph值增加。此外，如果质量h-apas保持细胞内ph的中立和客观平衡，那么就决定了植物生命活动的有序进行。这是植物反应r=的重要指标之一。研究表明，h-ph值的存在于逆梯度下，这有利于改善抗逆性。结果表明，h-ph值的变化对植物的抗逆性有重要影响。在ar威胁下，物质膜h-草甸的变化以及物质膜h-草甸的变化对植物的抗高血压作用具有重要意义，但相关研究没有报道。本文以粮食作物水稻为试材,以过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、质膜透性、叶绿素荧光参数(Fv/Fm)与叶鲜重和质膜H+-ATPase活性等为考察指标,初步探究了AR胁迫下水稻叶片质膜H+-ATPase活性的变化与植物适应AR胁迫之间的关系,以期为AR胁迫下植物的逆境自调控机理研究及阐明质膜H+-ATPase活性在植物抗性机制中发挥的重要作用提供理论支持.1材料和方法1.1水稻幼苗处理供试水稻品种为淮稻8号(Oryzasativa).挑选籽粒饱满的水稻种子用0.1%HgCl2消毒10min,去离子水浸泡后置于25℃恒温光照培养箱中催芽2d,待幼苗长至2叶1心时移入6.88L周转箱中水培.周转箱上置15穴的塑料板,每穴定植3株水稻幼苗.营养液每隔3d更换1次,每次用H2SO4或NaOH将营养液pH值调至5.5,培养时间25d左右.营养液采用国际水稻研究所(IRRI)常规营养液配方并略作修改.Fe以Fe-EDTA形式保持营养液中Fe浓度为2.0mg·L-1,并加入NaSiO3·9H2O保持营养液中SiO2浓度为120mg·L-1,NH+4-N中加入5.89mg·L-1双氰胺作为硝化抑制剂.水稻幼苗长至4叶1心时,选长势相近的幼苗开始AR处理.1.2叶片各项指标的测定先配制pH1.0的AR母液,其中SO2−442-和NO-3的体积比为3∶1.以去离子水稀释为pH2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、5.5的AR,并经PHS-29A酸度计校准,以pH7.0作为对照(CK).待幼苗长至4叶1心时,每天早上9点和下午16点用喷雾器向叶片喷施不同pH值AR溶液,滴液为限,对照喷施pH7.0的溶液.连续喷施5d,处理结束后的第一天即第6d选取同一叶位的幼苗叶片进行各项指标的测定.1.3质膜透性的测定质膜H+-ATPase活性测定参照文献;比色法测定POD活性,采用硫代巴比妥酸法测定MDA,电导率法测定质膜透性;采用便携式调制叶绿素荧光仪(PAM-2100,WalzGermany)暗适应15min后测得Fv/Fm,称量法测定叶片鲜重.重复3次,所有数据均为3次独立试验的平均值±标准误差(Mean±SD),并用SPSS16.0软件处理数据,不同字母表示差异显著.2结果与讨论2.1h降低的变化质膜H+-ATPase能利用ATP水解释放的能量调控细胞pH,从而维持细胞内环境的稳定.由图1可知,与CK相比,在pH5.5—3.0AR处理下,水稻质膜H+-ATPase活性升高,且增幅随着AR的pH降低呈增大趋势;胞内pH低于CK,且降幅随着ARpH的降低呈增大趋势.在pH2.5的AR处理下,水稻质膜H+-ATPase活性低于CK,降幅为47.9%,胞内pH为6.15,降幅最大(7.1%).pH2.5的AR严重破坏了细胞内pH平衡,细胞正常功能受阻,造成质膜功能蛋白H+-ATPase活性降低,影响其调节胞内pH的功能,进一步加剧胞内稳态的破坏.在pH5.5—3.0AR胁迫下,细胞膜内外的H+浓度梯度相对于pH2.5组有所降低,适当强度的AR胁迫,植物可通过提高质膜H+-ATPase活性,调节细胞质pH,缓解胞质酸化保持细胞内环境的正常与稳定,继而增强植物对AR胁迫的抗逆性和适应性.2.2ph对多元化同时h+-atpase活性的影响植物细胞内POD能清除过氧化氢,保护细胞免受ROS积累引发的氧化损伤.MDA是膜脂过氧化产物,与质膜透性参数结合可综合反映植物膜系统的受损程度.质膜的完整性是AR胁迫下质膜H+-ATPase调控细胞内稳态、有助于植物抗逆性增强的表征之一.表1结果显示,保护酶POD活性随着AR的pH值降低呈升高趋势,但pH2.5的AR处理组POD活性相对于pH5.5—3.0组增幅陡降,且各AR组POD活性与CK均呈显著性差异;与CK相比,pH5.5—3.5AR处理下,MDA和质膜透性无显著变化,pH≤3.0时,MDA和质膜透性随着AR的pH值降低而升高,呈显著性差异.结合H+-ATPase活性与胞内pH变化分析可知,pH2.5的AR处理下,H+-ATPase活性显著受抑,胞内H+调节功能降低,造成质膜结构和功能变化,引发ROS过量积累,同时POD活性增加受阻,加剧了细胞功能紊乱,引发质膜中不饱和脂肪酸的自由链式自降解反应,引起膜的过氧化和蛋白质破坏,伤害效应明显,植物的抗逆性受抑;pH3.0的AR处理组H+-ATPase活性虽升高但未能克服外界高浓度的H+维持胞内pH稳定,引发ROS积累,POD活性升高不足以清除细胞内产生的过多的ROS,膜脂过氧化加剧;而pH5.5—3.5AR胁迫下,植物能够适应AR胁迫而相应调节H+-ATPase活性的变化,从而调节细胞代谢并在一定程度上调节H+浓度,从而维持细胞稳定,降低了引发ROS积累的可能性,加之POD活性的上升,使质膜没有发生过氧化,膜完整性较好,显示出植物一定的抗逆性.2.3ar对fv/fm和叶片生长的影响Fv/Fm是表征植物光合效率的重要指标,在非胁迫条件下变化极小,不受物种和生长条件的影响,胁迫发生时会明显下降.叶片鲜重是表征植物生长及苗期素质的的指标之一.两者可从宏观层面反应质膜H+-ATPase调控细胞抵御逆境的结果.如图2所示,与CK相比,pH5.5—3.5AR处理下,Fv/Fm和叶片鲜重无显著变化;pH≤3.0时,Fv/Fm和叶片鲜重均低于CK,且随着AR的pH降低,降幅增大.说明pH≤3.0的AR能明显抑制水稻的Fv/Fm,光合作用已受AR胁迫影响,光合能力降低也是幼苗生长减缓、苗期素质趋劣的原因之一.pH2.5的AR处理下,质膜H+-ATPase活性受抑,而质膜H+-ATPase活性受抑会导致细胞膜完全去极化,影响叶片及根系细胞对其他养分离子的吸收,造成植物生长受阻;pH3.0组H+-ATPase活性虽升高但未能维持胞内pH稳定,胞内显著酸化,POD活性显著升高却未能清除过量的ROS,质膜过氧化伤害产生,继而影响细胞内的代谢过程,其中,Fv/Fm降低,光合作用受抑制,影响植物生长;相比较而言,低强度AR(3.0<pH≤5.5)胁迫下,H+-ATPase活性能够在一定程度上调节H+浓度,维持细胞内环境的相对稳定,质膜完整性较好,因而质膜H+-ATPase调节pH及保障物质的跨膜运输的功能能较好发挥,从而保证了细胞内代谢的正常进行,Fv/Fm和叶片鲜重无显著变化,表明水稻对此强度AR胁迫显示出一定的抗逆性.3质膜h+-atpase活性应激对水稻抗逆性的影响(1)高强度AR(pH2.5和pH3.0组)胁迫下,pH2.5的AR组质膜H+-ATPase活性显著受抑,胞内pH显著降低,POD活性受抑,pH3.0组质膜H+-ATPase活性升高,胞内pH降低,POD活性升高不足以清除过多的ROS,膜脂过氧化加剧(MDA含量升高),质膜完整性被破坏(质膜透性增大),表明此强度AR胁迫已超出水稻的耐受性,宏观上表现为:光合能力(Fv/Fm)大幅降低,生长明显受抑.(2)低强度AR(3.0<pH≤5.5)胁迫下,质膜H+-ATPase活性应激升高,胞内pH虽降低,但POD活性的升高有效清除R