ROS和NO对穿叶眼子菜通气组织形成的调控

作     者：谢沁宓 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：倪细炉;袁中勋

授予年度：2023年

学科分类：0710[理学-生物学] 071001[理学-植物学] 07[理学] 

主      题：穿叶眼子菜 通气组织 ROS NO 

摘      要：穿叶眼子菜(Potamogeton perfoliatus)是一种多年生沉水植物,其根茎叶为适应水下的低氧环境而演化形成发达的通气组织。目前有研究发现通气组织的形成是因为低氧引发水生植物发生细胞程序性死亡(Programmed cell death,PCD),但有关活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和一氧化氮(nitricoxide,NO)如何在复杂的信号网络中相互作用调控通气组织发生的机制尚不清楚。本实验以沉水植物穿叶眼子菜为实验材料,利用半薄切片技术,通过外源添加ROS抑制剂,即NADPH氧化酶抑制剂二苯基氯化碘盐(Dibenziodolium chloride,DPI),ROS 诱导剂,即过氧化氢酶(Catalase,CAT)抑制剂 3-氨基-1,2,4-三唑(Triazol-3-amine,AT),NO 供体硝普纳(Sodium Nitroferricyanide(Ⅲ)Dihydrate,SNP),NO 清除剂 2-(4-羧基苯基)-4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧-3-氧化物钾盐(2-(4-carboxyphenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide potassium salt,PTIO)处理穿叶眼子菜,测定分析活性氧(H2O2)含量、NO含量、ROS和NO代谢或合成相关酶活性等生理生化指标,以及从显微结构水平比较研究穿叶眼子菜发育性通气组织与外源ROS和NO诱导性通气组织发生过程中细胞形态结构的动态变化规律,探究ROS及NO信号分子对通气组织形成的影响及生理调控机制,得到如下结果:外源DPI处理可以减低植物内源ROS和NO的积累,抑制通气组织的形成,外源AT可以增加植物内源ROS和NO的积累,促进通气组织的形成,AT 100μmol/L处理组的表皮向内皱缩折叠程度很大,导致茎的形态较CK及其他处理组极为不规则,说明ROS对通气组织的形成具有正调控作用,且过高的ROS积累会对植物产生一定的负面作用。通过外源施加ROS代谢酶的抑制剂发现不仅对内源ROS产生影响,同时对内源的NO含量也产生影响,暗示ROS与NO相互作用共同调控通气组织的发育。NADPH氧化酶受到抑制和清除植物体内的ROS后,NO含量受到明显的抑制,而通过抑制CAT活性来增加植物体内ROS后,NO含量也明显增加,表明植物内源ROS可能诱导植物内源NO的产生。外源SNP处理可以增加植物内源NO的积累而减低ROS的积累,促进通气组织的形成,外源PTIO可以减少植物内源NO的积累而增加ROS的积累,抑制通气组织的形成,说明NO对通气组织的形成具有正调控作用。通过外源施加NO的供体和抑制剂发现不仅对内源NO产生影响,同时对内源的ROS含量也产生影响,暗示ROS与NO相互作用共同调控通气组织的发育。通过外源施加SNP来增加植物体内NO后,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、CAT活性升高,ROS含量明显减少,而通过外源施加PTIO清除植物体内的NO后,SOD、POD、CAT活性下降,ROS在植物体内积累,表明外源施加NO可激活抗氧化酶活性,调节植物内源ROS水平,提高植物氧化胁迫的耐受力,对植物生长发育有着重要的作用。外源DPI+PTIO处理可以降低植物内源ROS和NO的积累而减低ROS的积累,抑制通气组织的形成,相反地,外源AT+SNP处理可以增加植物内源ROS和NO的积累,促进通气组织的形成。而外源AT+PTIO或DPI+SNP处理分别可以诱导植物内源ROS积累的同时抑制植物内源NO的积累或抑制植物内源ROS积累的同时诱导植物NO的积累,对通气组织并无明显的影响,说明ROS和NO调控通气组织的形成不是单一的,而是复杂的信号网络中相互作用共同调控通气组织的形成。ROS和NO共同调控通气组织发育的生理机制是通过改变ROS相关酶活性,如SOD、POD、CAT,以及NO合成酶活性,如一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)、硝酸还原酶(nitratase,NR),进而改变植物内源 ROS 和 NO的积累,从而调控通气组织的发育过程。