一氧化氮对番茄种子抗吸胀冷害的影响及机制

论文摘要

大约上世纪80年代以前,一氧化氮（nitric oxide,NO）被普遍认为是一种对人体和环境都有毒害作用的气体,但是在随后的研究中发现NO是一种广泛存在于生物体内的信号和效应分子。NO气体在动物和植物体内都起着举足轻重的作用,在动物方面的研究是有目共睹的:它参与血管调节,神经传递,炎症与免疫反映等过程,且分布之广泛,遍及脑,肺和生殖等多种器官。NO在植物上的研究起步较晚,但是自1992年NO被评为年度“明星分子”以来,NO在植物生物学中的研究也迅速展开,到现在为止科学家已经发现它参与植物生长的许多重要生理过程,比如呼吸作用,气孔运动,种子萌发,根和叶的生长发育,侧根形成,下胚轴生长,果实组织的成熟和衰老,细胞凋亡以及各种生物和非生物胁迫响应如病虫害,干旱,盐胁迫和低温胁迫等生理过程,目前关于NO抵抗其它胁迫的研究较多,但是NO抵抗吸胀冷害的研究却很少。本文以番茄种子为材料,4℃下吸胀12h,以及4℃下吸胀的同时加外源NO供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）,初步探讨了100μmolL-1的SNP对吸胀冷害番茄种子萌发的作用,通过对萌发指标和生理指标的分析测定,发现该浓度的SNP对吸胀冷害下番茄种子的萌发和胚根生长的抑制有显著的缓解作用。另外,利用适宜浓度的NO清除剂Hb,一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOS）抑制剂L-NAME（NG-nitro-L-arginine methyl ester,L-NAME）和硝酸还原酶（nitric reductase,NR）抑制剂钨酸钠（sodium tungstate,Na2WO4）处理25℃和4℃吸胀的番茄种子,结合激光共聚焦显微技术,发现内源NO在种子萌发过程中也起着重要的作用。本文主要研究结果如下:1、吸胀冷害对番茄种子的萌发及胚根的生长具有明显的抑制效应,暗示番茄种子是吸胀冷害敏感型品种。施用外源NO供体SNP可以显著提高吸胀冷害下番茄种子的萌发率,平均根长,萌发指数和活力指数。说明外源SNP能够明显缓解吸胀冷害对种子萌发的伤害。2、NO另外一种供体S-亚硝基谷胱甘肽（S-nitrosoglutathione,GSNO）可以显著提高吸胀冷害下番茄种子的萌发率,平均根长,萌发指数和活力指数,与SNP结果极为相似,且两者之间有共同的分解产物NO,说明SNP作为供体时,是其分解产物中的NO气体而非其它物质起的作用。结合共聚焦的结果分析,暗示吸胀冷害番茄种子的萌发受到抑制是因为冷害抑制了内源NO。3、外源NO供体SNP可以显著减小吸胀冷害12h番茄种子的相对电导率（relativeelectrical conductivity,REC）和丙二醛（MDA）含量,而显著提高超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性。说明吸胀冷害首先伤害的是细胞膜,也说明SNP是通过提高保护酶的活性来缓解吸胀冷害所带来的伤害的。4、RNA合成抑制剂放线菌素D（dactinomycin,AMD）,蛋白质合成抑制剂亚胺环己酮（cycloheximide,CHM）分别和SNP复合处理吸胀冷害番茄种子,发现SOD和CAT的活性与SNP单独处理没有显著差异。暗示在番茄种子萌发12h的过程中,SOD和CAT不是从头合成的,而是本身存在于种子中的,说明SNP只是激活了种子内部无活性的SOD和CAT。5、用NO清除剂血红蛋白（haemoglobins,Hb）,一氧化氮合酶（NOS）抑制剂L-NAME和硝酸还原酶（NR）抑制剂钨酸钠（Na2WO4）处理25℃和4℃吸胀的番茄种子,分别同未加抑制剂（25℃/4℃）处理的相比,上述处理种子萌发率,平均根长,萌发指数和活力指数都显著低于后者。再一次说明吸胀冷害番茄种子的萌发受到抑制是因为冷害抑制了内源NO,且在此过程中NO可能是通过NOS途径和NR途径共同合成的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 植物NO的研究进展
• 1.2 NO的理化性质
• 1.3 NO的生物合成途径
• 1.3.1 一氧化氮合酶（NOS）途径
• 1.3.2 硝酸还原酶或亚硝酸还原酶（NR/iNR）途径
• 1.3.3 黄嘌呤氧化还原酶（XOR）途径
• 1.3.4 NO的非酶促合成途径
• 1.4 种子概述
• 1.4.1 种子的基本结构
• 1.4.2 种子的休眠
• 1.4.3 种子萌发的定义
• 1.4.4 种子萌发的过程
• 1.5 吸胀冷害概述
• 1.5.1 什么是吸胀冷害
• 1.5.2 吸胀冷害的特点
• 1.5.3 吸胀冷害发生的原初作用位点及几种假说
• 1.5.4 线粒体发育及功能受阻和破坏是导致种子吸胀冷害的关键
• 1.6 NO与植物激素之间的关系
• 1.6.1 NO与脱落酸（ABA）
• 1.6.2 NO与生长素
• 1.6.3 NO细胞分裂素
• 1.6.4 NO与赤霉素（GA）
• 1.6.5 NO与乙烯
• 1.7 NO的生物学作用
• 1.7.1 NO在动物中的作用
• 1.7.2 NO与种子萌发
• 1.7.3 NO与植物生长的关系
• 1.7.4 NO与植物衰老
• 1.7.5 NO与逆境胁迫
• 1.7.6 NO与气孔运动的调节
• 1.8 选题目的和意义
• 第二章 NO对番茄种子抗吸胀冷害的影响及机制
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料的培养与处理
• 2.1.2 主要试剂及浓度
• 2.1.3 发芽试验测定
• 2.1.4 活力指数和萌发指数的计算
• 2.1.5 膜透性的测定
• 2.1.6 丙二醛（MDA）含量的测定
• 2.1.7 超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性的测定
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 外源NO对吸胀冷害下番茄种子萌发的促进作用
• 2.2.2 外源NO对吸胀冷害番茄种子膜透性的影响
• 2.2.3 外源NO供体SNP对吸胀冷害番茄种子丙二醛含量的影响
• 2.2.4 外源NO供体SNP对吸胀冷害番茄种子SOD和CAT活性的影响
• 2.2.5 RNA合成抑制剂AMD，蛋白质合成抑制剂CHM对吸胀冷害番茄种子SOD以及CAT活性的影响
• 2.2.6 NO清除剂血红蛋白Hb（haemoglobins）在番茄种子萌发过程中的作用
• 2WO₄在番茄种子萌发过程中的作用'>2.2.7 NOS抑制剂L-NAME，NR抑制剂 Na₂WO₄在番茄种子萌发过程中的作用
• 图版:番茄种子不同时间胚根横切面NO水平
• 2.3 讨论
• 2.3.1 外源NO对吸胀冷害下番茄种子萌发的促进作用
• 2.3.2 吸胀冷害对膜的影响
• 2.3.3 保护酶在植物抗逆反应中的作用
• 2.3.4 植物内源NO的研究概述
• 2.3.5 一氧化氮清除剂Hb在番茄种子萌发中的作用
• 2WO₄在番茄种子萌发中的作用'>2.3.6 一氧化氮合酶抑制剂L-NAME和硝酸还原酶钨酸钠Na₂WO₄在番茄种子萌发中的作用
• 2.3.7 吸胀冷害对番茄种子内源NO产生的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间研究成果