高強度酸雨對水稻葉片h

質(zhì)膜是植物細胞抵抗外部感染的第一個障礙，因此，第一反應(yīng)是質(zhì)膜及其功能蛋白。質(zhì)膜h-apas是植物生命活動過程中的“主導(dǎo)酶”，在維持物質(zhì)ph、代謝靜態(tài)和逆適應(yīng)方面發(fā)揮著最重要的作用。從空間順序來看，植物葉片通常首先通過苔蘚和空氣進入植物葉片。在損傷葉片細胞結(jié)構(gòu)并出現(xiàn)副作用之前，最直接的影響是植物細胞外的h-ph值增加。此外，如果質(zhì)量h-apas保持細胞內(nèi)ph的中立和客觀平衡，那么就決定了植物生命活動的有序進行。這是植物反應(yīng)r=的重要指標(biāo)之一。研究表明，h-ph值的存在于逆梯度下，這有利于改善抗逆性。結(jié)果表明，h-ph值的變化對植物的抗逆性有重要影響。在ar威脅下，物質(zhì)膜h-草甸的變化以及物質(zhì)膜h-草甸的變化對植物的抗高血壓作用具有重要意義，但相關(guān)研究沒有報道。本文以糧食作物水稻為試材,以過氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)、質(zhì)膜透性、葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fv/Fm)與葉鮮重和質(zhì)膜H+-ATPase活性等為考察指標(biāo),初步探究了AR脅迫下水稻葉片質(zhì)膜H+-ATPase活性的變化與植物適應(yīng)AR脅迫之間的關(guān)系,以期為AR脅迫下植物的逆境自調(diào)控機理研究及闡明質(zhì)膜H+-ATPase活性在植物抗性機制中發(fā)揮的重要作用提供理論支持.1材料和方法1.1水稻幼苗處理供試水稻品種為淮稻8號(Oryzasativa).挑選籽粒飽滿的水稻種子用0.1%HgCl2消毒10min,去離子水浸泡后置于25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中催芽2d,待幼苗長至2葉1心時移入6.88L周轉(zhuǎn)箱中水培.周轉(zhuǎn)箱上置15穴的塑料板,每穴定植3株水稻幼苗.營養(yǎng)液每隔3d更換1次,每次用H2SO4或NaOH將營養(yǎng)液pH值調(diào)至5.5,培養(yǎng)時間25d左右.營養(yǎng)液采用國際水稻研究所(IRRI)常規(guī)營養(yǎng)液配方并略作修改.Fe以Fe-EDTA形式保持營養(yǎng)液中Fe濃度為2.0mg·L-1,并加入NaSiO3·9H2O保持營養(yǎng)液中SiO2濃度為120mg·L-1,NH+4-N中加入5.89mg·L-1雙氰胺作為硝化抑制劑.水稻幼苗長至4葉1心時,選長勢相近的幼苗開始AR處理.1.2葉片各項指標(biāo)的測定先配制pH1.0的AR母液,其中SO2?442-和NO-3的體積比為3∶1.以去離子水稀釋為pH2.5、3.0、3.5、4.0、5.0、5.5的AR,并經(jīng)PHS-29A酸度計校準(zhǔn),以pH7.0作為對照(CK).待幼苗長至4葉1心時,每天早上9點和下午16點用噴霧器向葉片噴施不同pH值A(chǔ)R溶液,滴液為限,對照噴施pH7.0的溶液.連續(xù)噴施5d,處理結(jié)束后的第一天即第6d選取同一葉位的幼苗葉片進行各項指標(biāo)的測定.1.3質(zhì)膜透性的測定質(zhì)膜H+-ATPase活性測定參照文獻;比色法測定POD活性,采用硫代巴比妥酸法測定MDA,電導(dǎo)率法測定質(zhì)膜透性;采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(PAM-2100,WalzGermany)暗適應(yīng)15min后測得Fv/Fm,稱量法測定葉片鮮重.重復(fù)3次,所有數(shù)據(jù)均為3次獨立試驗的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(Mean±SD),并用SPSS16.0軟件處理數(shù)據(jù),不同字母表示差異顯著.2結(jié)果與討論2.1h降低的變化質(zhì)膜H+-ATPase能利用ATP水解釋放的能量調(diào)控細胞pH,從而維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定.由圖1可知,與CK相比,在pH5.5—3.0AR處理下,水稻質(zhì)膜H+-ATPase活性升高,且增幅隨著AR的pH降低呈增大趨勢;胞內(nèi)pH低于CK,且降幅隨著ARpH的降低呈增大趨勢.在pH2.5的AR處理下,水稻質(zhì)膜H+-ATPase活性低于CK,降幅為47.9%,胞內(nèi)pH為6.15,降幅最大(7.1%).pH2.5的AR嚴重破壞了細胞內(nèi)pH平衡,細胞正常功能受阻,造成質(zhì)膜功能蛋白H+-ATPase活性降低,影響其調(diào)節(jié)胞內(nèi)pH的功能,進一步加劇胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞.在pH5.5—3.0AR脅迫下,細胞膜內(nèi)外的H+濃度梯度相對于pH2.5組有所降低,適當(dāng)強度的AR脅迫,植物可通過提高質(zhì)膜H+-ATPase活性,調(diào)節(jié)細胞質(zhì)pH,緩解胞質(zhì)酸化保持細胞內(nèi)環(huán)境的正常與穩(wěn)定,繼而增強植物對AR脅迫的抗逆性和適應(yīng)性.2.2ph對多元化同時h+-atpase活性的影響植物細胞內(nèi)POD能清除過氧化氫,保護細胞免受ROS積累引發(fā)的氧化損傷.MDA是膜脂過氧化產(chǎn)物,與質(zhì)膜透性參數(shù)結(jié)合可綜合反映植物膜系統(tǒng)的受損程度.質(zhì)膜的完整性是AR脅迫下質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)、有助于植物抗逆性增強的表征之一.表1結(jié)果顯示,保護酶POD活性隨著AR的pH值降低呈升高趨勢,但pH2.5的AR處理組POD活性相對于pH5.5—3.0組增幅陡降,且各AR組POD活性與CK均呈顯著性差異;與CK相比,pH5.5—3.5AR處理下,MDA和質(zhì)膜透性無顯著變化,pH≤3.0時,MDA和質(zhì)膜透性隨著AR的pH值降低而升高,呈顯著性差異.結(jié)合H+-ATPase活性與胞內(nèi)pH變化分析可知,pH2.5的AR處理下,H+-ATPase活性顯著受抑,胞內(nèi)H+調(diào)節(jié)功能降低,造成質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和功能變化,引發(fā)ROS過量積累,同時POD活性增加受阻,加劇了細胞功能紊亂,引發(fā)質(zhì)膜中不飽和脂肪酸的自由鏈?zhǔn)阶越到夥磻?yīng),引起膜的過氧化和蛋白質(zhì)破壞,傷害效應(yīng)明顯,植物的抗逆性受抑;pH3.0的AR處理組H+-ATPase活性雖升高但未能克服外界高濃度的H+維持胞內(nèi)pH穩(wěn)定,引發(fā)ROS積累,POD活性升高不足以清除細胞內(nèi)產(chǎn)生的過多的ROS,膜脂過氧化加劇;而pH5.5—3.5AR脅迫下,植物能夠適應(yīng)AR脅迫而相應(yīng)調(diào)節(jié)H+-ATPase活性的變化,從而調(diào)節(jié)細胞代謝并在一定程度上調(diào)節(jié)H+濃度,從而維持細胞穩(wěn)定,降低了引發(fā)ROS積累的可能性,加之POD活性的上升,使質(zhì)膜沒有發(fā)生過氧化,膜完整性較好,顯示出植物一定的抗逆性.2.3ar對fv/fm和葉片生長的影響Fv/Fm是表征植物光合效率的重要指標(biāo),在非脅迫條件下變化極小,不受物種和生長條件的影響,脅迫發(fā)生時會明顯下降.葉片鮮重是表征植物生長及苗期素質(zhì)的的指標(biāo)之一.兩者可從宏觀層面反應(yīng)質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)控細胞抵御逆境的結(jié)果.如圖2所示,與CK相比,pH5.5—3.5AR處理下,Fv/Fm和葉片鮮重?zé)o顯著變化;pH≤3.0時,Fv/Fm和葉片鮮重均低于CK,且隨著AR的pH降低,降幅增大.說明pH≤3.0的AR能明顯抑制水稻的Fv/Fm,光合作用已受AR脅迫影響,光合能力降低也是幼苗生長減緩、苗期素質(zhì)趨劣的原因之一.pH2.5的AR處理下,質(zhì)膜H+-ATPase活性受抑,而質(zhì)膜H+-ATPase活性受抑會導(dǎo)致細胞膜完全去極化,影響葉片及根系細胞對其他養(yǎng)分離子的吸收,造成植物生長受阻;pH3.0組H+-ATPase活性雖升高但未能維持胞內(nèi)pH穩(wěn)定,胞內(nèi)顯著酸化,POD活性顯著升高卻未能清除過量的ROS,質(zhì)膜過氧化傷害產(chǎn)生,繼而影響細胞內(nèi)的代謝過程,其中,Fv/Fm降低,光合作用受抑制,影響植物生長;相比較而言,低強度AR(3.0<pH≤5.5)脅迫下,H+-ATPase活性能夠在一定程度上調(diào)節(jié)H+濃度,維持細胞內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定,質(zhì)膜完整性較好,因而質(zhì)膜H+-ATPase調(diào)節(jié)pH及保障物質(zhì)的跨膜運輸?shù)墓δ苣茌^好發(fā)揮,從而保證了細胞內(nèi)代謝的正常進行,Fv/Fm和葉片鮮重?zé)o顯著變化,表明水稻對此強度AR脅迫顯示出一定的抗逆性.3質(zhì)膜h+-atpase活性應(yīng)激對水稻抗逆性的影響(1)高強度AR(pH2.5和pH3.0組)脅迫下,pH2.5的AR組質(zhì)膜H+-ATPase活性顯著受抑,胞內(nèi)pH顯著降低,POD活性受抑,pH3.0組質(zhì)膜H+-ATPase活性升高,胞內(nèi)pH降低,POD活性升高不足以清除過多的ROS,膜脂過氧化加劇(MDA含量升高),質(zhì)膜完整性被破壞(質(zhì)膜透性增大),表明此強度AR脅迫已超出水稻的耐受性,宏觀上表現(xiàn)為:光合能力(Fv/Fm)大幅降低,生長明顯受抑.(2)低強度AR(3.0<pH≤5.5)脅迫下,質(zhì)膜H+-ATPase活性應(yīng)激升高,胞內(nèi)pH雖降低,但POD活性的升高有效清除R