镧及外源水杨酸缓解玉米镉胁近的FTIR研究

摘要

本试验通过测定玉米叶片组织中的SOD活性、MDA和ROS含量，并通过采集玉米幼苗组织的红外光谱，并分析玉米幼苗蛋白质、核酸及脂质等大分子物质的变化趋势，探讨镉(Cadmium，Cd)胁迫对玉米幼苗发育的影响及稀土元素镧(Lanthanum)及水杨酸(Salicylic acid，SA)对玉米幼苗Cd胁迫的缓解作用。
　　 试验结果显示，Cd胁迫在48h内可以诱导玉米幼苗SOD活性、MDA含量及ROS含量增加；适当浓度的La及SA具有缓解Cd胁迫的作用，都不同程度降低玉米幼苗ROS及MDA的含量；采用Hoagland培养液水培玉米幼苗48h试验，60mg·L-1La及20mg·L-1SA缓解作用最显著；另外，试验还发现，不同浓度的La的缓解作用在24h内较为显著，24h后ROS及MDA含量显著上升；适宜浓度的SA在48h内依然具有缓解Cd胁迫的能力，但是高浓度的SA可以引起ROS及MDA含量超过Cd对照水平，可能加剧了Cd的胁迫作用。
　　 通过对La及SA缓解玉米幼苗Cd胁迫试验中所有样品的傅立叶转换红外光谱图分析表明：当Cd胁迫玉米幼苗，蛋白质代谢逐渐降低，蛋白质各二级结构中Turn结构和α-Helix结构的代谢更易受到Cd胁迫的影响发生改变；核酸代谢在Cd胁迫初期增强，但在Cd持续毒性作用下，核酸代谢受到抑制；Cd毒性对脂质代谢具有持续抑制作用。通过施加20mg·L-1～100mg·L-1La缓解Cd胁迫试验，发现在20mg·L-1～60mg·L-1的La作用下，蛋白质代谢呈下降趋势，随La浓度升高，蛋白质各二级结构代谢变化越显著；在20mg·L-1和100mg·L-1La作用下核酸代谢呈波动变化，核酸代谢活动不稳定，但在60mg·L-1La作用下核酸代谢稳定各时刻都趋于正常对照水平：不同浓度La的作用下，脂质代谢在Cd毒性作用下仍然受到抑制，并且脂质代谢趋势近似于Cd对照组。通过施加10mg.L-1～120mg·L-1SA缓解Cd胁迫试验，发现在SA的作用下有新蛋白产生，不同浓度的SA作用下蛋白质代谢较为稳定，都趋于正常对照组；在48h时在10mg·L-1SA作用下，蛋白质含量突然增加，明显高于正常对照组；蛋白质的二级结构代谢都发生一定改变，尤其是α-Helix结构和β-Sheet结构在48h内改变较显著；不同浓度SA施加初期，核酸代谢活动不稳定，且呈现不同的变化趋势，但随着SA浓度的上升，48h时核酸代谢逐渐近似于正常对照；低浓度SA作用下，脂质代谢先降后升，随着SA浓度增加及试验进行，脂质代谢都逐渐恢复正常对照水平。
　　 通过对核酸、脂质与amideⅡ的红外光谱拟合结果比率变化趋势的分析，结果表明，La的作用趋势与SA近似，在低浓度的La及SA作用下，核酸与amideⅡ的红外光谱拟合结果比率在短期内也呈波动变化，这表明核酸的代谢都没有恢复正常对照水平，并且48h时的拟合结果表明，此时La及SA的缓解作用都没有减轻Cd对某些蛋白质的代谢途径的影响，而且在低浓度SA的作用下，蛋白质的代谢反而更加受到抑制，含量减少，当La的浓度达到100mg·L-1，SA的浓度达到120mg·L-1时，蛋白质代谢逐渐恢复到正常对照水平。随着La和SA浓度的逐渐增加及试验进行，脂质与amideⅡ的红外光谱拟合结果比率逐渐恢复到正常对照水平，该变化趋势表明La及SA的缓解作用对脂质代谢及蛋白质的代谢的总体趋势影响差异不明显。
　　 本试验表明，适宜浓度的La和SA都具有缓解Cd胁迫的作用；玉米幼苗红外光谱分析表明，傅立叶变换红外光谱技术(Fourier transform infrared spectrometry，FTIR)可以检测到植物组织在外界生存环境发生改变后内多种大分子物质的代谢规律，在对植物的生长环境进行监测方面具有潜在广泛的应用价值。