过氧化氢在补血草属植物盐胁迫生理生态响应中调控作用的研究

研究发现过氧化氢（H2O2）作为第二信使参与并影响多种生物代谢体系，启动各种生理反应，在生物的生长发育过程中起着积极作用。本项目拟以西北荒漠盐生植物补血草为材料，应用生物工程技术建立组织快繁体系，结合室内人工模拟土壤盐碱条件，比较不同植物种群种子萌发、幼苗存活及生长、植株抗盐相关的关键生理生态特征，揭示补血草属植物对极端环境的适应性及其耐盐机制；采用酶活性检测法结合Western blotting、荧光PCR等手段，综合分析质膜NADPH氧化酶H2O2的产生与种子萌发、幼苗生长、抗氧化反应、离子渗透性调节等特征间的相关性，确定H2O2在植物对盐胁迫响应中的信号分子作用；在此基础上，研究H2O2信号分子作用可能的调控途径及作用机制。这些研究旨在揭示补血草属植物适应盐渍化环境的生理生态机制及H2O2信号分子对提高植物耐盐性的调控机制，为西北荒漠盐碱区植被生态建设过程中物种的选择提供依据和指导。

高盐、重金属等环境因子严重影响着植物的生长发育，限制着生态建设和农业可持续发展。加强对极端环境条件下植物生理生态特征的研究，明确植物对极端环境的适应特性，对开发利用植物种群、发展植被和推动抗逆性农业的发展具有重要的理论和现实意义。本研究在国家自然科学基金(NO 31160088)的资助下，选取具有生态价值和经济价值的西北盐生植物黄花补血草、唐古特白刺和西北大面积种植的小麦等植物为材料，综合应用生态学、植物生理学、生物化学及细胞生物学的手段，开展了植物幼苗、愈伤组织对盐胁迫、硝普钠处理及重金属胁迫的生理生态响应等方面的工作，研究发现：(1)黄花补血草能够耐受低浓度的盐，但高浓度盐降低种子的萌发率，抑制幼苗根尖伸长区细胞的伸长生长，造成明显氧化损伤，因而抑制幼苗的生长；而渗透调节物积累和SOD、APX活性的提高,增强了黄花补血草幼苗对盐环境的适应性；(2)盐胁迫下唐古特白刺愈伤组织脯氨酸的积累与OAT活性增加及PDH活性下降有关，且盐诱导的H2O2产生进而导致OAT活性升高和盐处理早期钙量的增加是愈伤组织中脯氨酸积累必需的；(3)硝普钠处理下的唐古特白刺愈伤组织中H2O2产生的增加与SOD、细胞壁-POD及DAO增加有关，脯氨酸含量的减少可能与PDH活性的增加和GK活性的降低有关；(4)盐胁迫可能通过与胞外H2O2产生相关的途径诱导了细胞活力的丧失，导致两种小麦根生长抑制；(5)外源H2O2处理对两种小麦根系正常生长的具有抑制作用，这与内源性H2O2含量的升高、较强的氧化损伤的产生和细胞伸长生长受抑有关；(6) Zn处理小麦根H2O2含量的增加依赖于质膜NADPH氧化酶产生的胞外O2¯，且最高浓度的Zn导致的小麦根细胞活力丧失和木质化程度的显著增加可能与小麦幼苗根系生长的显著抑制有关。这些研究旨在揭示植物适应盐渍化等非生物胁迫的生理生态机制，为合理开发利用独特的植物资源、西北荒漠盐碱区植被生态建设过程中物种的选择及推动抗逆农业生产提供重要科学依据和指导。