富氢水对盐胁迫下玉米根系的影响

采用营养液水培的方法,以“郑58”玉米(Zea mays L.)为材料,富氢水为H2供体,研究外源氢气对盐胁迫下玉米根系及幼苗生长发育的影响。比较了不同处理下玉米幼苗的生物量及生理活性,并分析了根系质膜ATP酶相关基因MHA1和Ca2+依赖性蛋白激酶CDPK21基因表达的差异。本实验旨在探究盐胁迫下氢气缓解植物生长抑制的分子机制,为寻找缓解植物盐胁迫的方法提供基础研究。

主要结果如下:(1)富氢水处理较清水处理(对照)提高了玉米根系发育及幼苗生物量。(2)盐胁迫显著抑制了玉米根系及幼苗的生长发育,导致生物量下降。富氢水缓解了NaCl(150 mmol·L-1)对玉米幼苗及根系的生长抑制。根系构型及根系解剖结构分析表明,富氢水处理显著增加了玉米幼苗总根长、总表面积、总体积、以及根系平均直径(P<0.05)。(3)富氢水处理显著提高了盐胁迫下玉米幼苗的叶绿素含量、气孔开度,提高了幼苗的光合能力。同时增加了幼苗相对含水量,使根系的新陈代谢加快,促进了可溶性糖的合成;中柱直径变大,特别是后生木质部导管直径的增加,促进了水和无机盐向地上部的运输,从而使幼苗生物量增加。(4)对玉米幼苗根系的组织化学染色及丙二醛含量测定表明,富氢水处理显著降低了盐胁迫下丙二醛含量及活性氧的积累。抗氧化酶SOD、POD活性测定表明,富氢水明显提高了抗氧化酶活性。即富氢水处理能够降低膜脂的过氧化水平和超氧化物的过量积累,从而降低盐胁迫对膜的损伤,提高细胞膜的稳定性。(5)富氢水处理下,质膜H+-ATPase、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性均显著增加,MHA1基因和Ca2+依赖性蛋白激酶21(CDPK 21)表达上调,由此可能造成膜电位和跨膜pH梯度的改变,减少离子积累对细胞的伤害。CDPK 21的上调有利于结合Ca2+并进一步激活激酶和磷酸酶,使蛋白质的Ca2+结合位点的亲和力增加,从而有利于Ca2+外排,减少离子胁迫造成的生长抑制。总之,本实验结果表明富氢水可能通过重建活性氧稳态和离子稳态减缓盐胁迫对玉米根系及幼苗生长发育的抑制。