铝诱导花生根尖细胞程序性死亡条件下线粒体生理变化的研究

摘要

铝是酸性土壤上农作物生长的限制因子，花生是我国的重要油料作物，对花生铝毒害和耐性机理的研究还较少。通过根长试验、苏木精染色和根尖铝含量测定，筛选到耐铝品种鲁花11，铝敏感品种R1549。以鲁花11和R1549为材料，进行了铝诱导花生根尖细胞程序性死亡条件下线粒体生理变化的研究。结果表明，10μmol/L的铝处理4d，R1549发生根尖细胞程序性死亡，400μmol/L的铝处理4d，两品种都出现细胞程序性死亡。不同浓度的铝处理4d后，两品种根尖铝含量随着铝浓度的升高而增加。与对照相比，在铝浓度100和400μmol/L时，两品种铝含量均差异极显著，两品种间的差异也达极显著水平。 铝能诱导花生根尖线粒体产生活性氧，导致膜脂过氧化，R1549较LH11严重。铝胁迫4d的两个品种根尖线粒体O2、H2O2和MDA含量也随之升高。不同铝浓度处理后，R1549的O2、H2O2和MDA含量均高于鲁花11。在100μmol/L铝处理时，两品种的O2、H2O2和MDA含量差异均显著；但在400μmol/L时，两品种的O2、H2O2和MDA含量差异均不显著。说明导致膜脂过氧化是铝毒害的原因之一。 铝胁迫后，两个品种根尖线粒体SOD和CAT活性呈现先升高后降低的变化趋势，鲁花11的SOD和CAT酶活性在100μmol/L，而R1549在20μmol/L时达到最高点；100和400μmol/L时，鲁花11的SOD和CAT。活性均高于R1549，两者差异极显著。两品种的POD活性随着处理铝浓度的增加而升高，400μmol/L时，鲁花11的POD活性极显著高于R1549。随着铝浓度的增加，两品种的APX活性均呈下降趋势，但鲁花11高于R1549，在0、20和100μmol/L时，两品种间差异均极显著，同一品种的不同铝处理浓度间差异不显著；400μmol/L时，两品种的APX差异不显著。鲁花11的GSH-Px酶活性呈先上升后下降的趋势，R1549的GSH-Px呈持续下降趋势。100μmol/L时，两品种间GSH-Px活性差异显著；400μmol/L时，两品种间GSH-Px活性差异不显著。 随着处理铝浓度的提高，两品种根尖线粒体Ca2+-ATP酶活性和Ca2+含量呈下降趋势，且随铝处理浓度增加而加快，R1549的线粒体Ca2+含量下降较鲁花11快，但两品种Ca2+-ATP酶活性和Ca2+含量差异不显著。 铝处理后，根尖细胞线粒体MPTP和△ψ都发生了明显的变化。随着铝处理浓度的提高，线粒体光密度持续下降，MPTP不断增大，△ψ明显降低，线粒体中Cyt c含量减少。R1549较鲁花11下降更明显。 综上所述，较低浓度铝胁迫下，耐性植物受到刺激，产生一定浓度的活性氧，植物生长受到抑制，但耐铝品种抗氧化酶活性较高，能及时清除减少铝胁迫产生的活性氧，使植物受伤害程度低；而铝敏感品种产生较高浓度活性氧，抗氧化酶系统清除活性氧能力较弱，容易受伤害。在较高铝浓度胁迫下，耐性和铝敏感品种活性氧产生加快，而清除系统的清除能力却降低，线粒体活性氧浓度较高，造成膜脂严重过氧化，诱导线粒体通透性转换孔开放，影响跨线粒体膜Ca2+转运系统，使胞质Ca2+浓度升高，细胞色素C释放到细胞质中，并激活半胱氨酸酶或其它蛋白酶，从而诱发根尖细胞等产生PCD，根生长受到严重抑制。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:缩略词

声明

1前言

1.1国内外研究现状

1.1.1植物铝毒害机理

1.1.2植物的耐铝机制

1.1.3植物细胞的程序性死亡(PCD)

1.1.4细胞凋亡及其与线粒体的关系

1.2研究目的意义

2材料与方法

2.1供试材料

2.2测定内容和方法

2.2.1花生幼苗的培养

2.2.2耐铝品种的筛选

2.2.3根尖苏木精染色

2.2.4根尖铝含量的测定

2.2.5花生根尖PCD的鉴定

2.2.6线粒体的提取

2.2.7线粒体超氧阴离子自由基(O2)含量的测定

2.2.8线粒体过氧化氢(H2O2)含量的测定

2.2.9线粒体丙二醛(MDA)含量的测定

2.2.10线粒体超氧化物歧化酶(SOD)活性测定

2.2.11线粒体过氧化物酶(POD)活性测定

2.2.12线粒体线粒体过氧化氢酶(CAT)活性测定

2.2.13线粒体抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性测定

2.2.14线粒体谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性测定

2.2.15线粒体Ca2+含量测定

2.2.16线粒体Ca2+-ATP酶活性测定

2.2.17线粒体膜通透性的测定

2.2.18线粒体膜电位的测定

2.2.19线粒体细胞色素(Cytochrome，Cyt)c/a比值的测定

2.3数据处理与分析

2.4课题来源

3结果与分析

3.1耐铝和铝敏感品种的筛选

3.2两个耐铝不同的花生品种根尖铝含量的测定

3.3根尖的苏木精染色

3.4 PCD的鉴定

3.5产生PCD条件下根尖铝含量的变化

3.6铝胁迫对根尖线粒体O2、H2O2及MDA含量的影响

3.7铝胁迫对根尖线粒体SOD、CAT和POD活性的影响

3.8铝胁迫对根尖线粒体APX和GSH-Px活性的影响

3.9铝胁迫对根尖线粒体Ca2+-ATP酶活性和Ca2+含量的影响

3.10铝胁迫对根尖线粒体PTP开放、△ψCyt c/a的影响

4结果与讨论

4.1花生耐铝能力与PCD发生

4.2铝胁迫对花生根尖线粒体膜脂过氧化和保护酶活性的影响

4.3铝胁迫对花生根尖线粒体Ca2+-ATP酶活性和Ca2+含量的影响

4.4铝胁迫对花生根尖线粒体.PTP开放，△ψ，Cyt c/a的影响

4.5小结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表论文情况