富氢水缓解过量硼对水稻种子萌发的抑制

硼(Boron)是植物必需的微量元素,参与植物的生长发育、蛋白质合成和物质运输等过程。然而,硼肥的适用范围比较狭窄,使用不当或土壤中硼含量过多,极易对农作物产生毒害。提高水稻对硼毒的抗性,并研究其中的缓解机制,是亟待解决的问题。氢气(H2)是近些年新发现的具有重要作用的气体信号分子,对植物具有较强的抗氧化作用。我们推测H2对于缓解硼毒害有积极作用。在本实验中,我们用富氢水(Hydrogen-rich water,HRW)来供给H2并针对以上问题进行了研究。
研究结果如下:1.HRW能够促进水稻的萌发和生长,并增强水稻对硼毒害的抗性。与对照组(蒸馏水培养)相比,在高浓度硼(10mM H3BO3)溶液培养下,水稻根部的硼含量迅速升高,萌发率、根长芽长和糖含量等生理指标明显下降;而用HRW对水稻种子进行24h的预处理后,抑制了硼外转运蛋白BOR1的表达,减缓了硼在水稻根部的积累,增强了种子的淀粉酶活性、提高了种子的糖含量,并促进了种子的萌发和生长。2.HRW通过调节水稻的含水量和果胶甲基酯酶(PME)活性及扩张蛋白(EXP)的表达来缓解过量硼对根系的毒害。在高浓度硼处理下,水稻的水通道蛋白NIP2;1表达下降,水份含量指标(Total water,RWC,SWC)下降,而HRW预处理缓解了 NIP2;1的表达下降,增强了水稻的吸水力(WUC),并使水份含量上升。同时,过量硼刺激了水稻根部PME相关基因(PME11、PME14和PME27)的表达,增强了 PME活性,并上调了 EXP相关基因(EXPA1和EXPB5)的表达,从而抑制了水稻根系生长;而HRW预处理则抑制了这些基因的表达,降低了 PME活性,进而缓解了过量硼对水稻根系生长的抑制。3.HRW缓解了过量硼对水稻造成的氧化伤害。高浓度硼环境下,水稻的TBARS含量明显上升,而用HRW预处理水稻种子,抑制了脂氧合酶(lipoxidase,LOX)基因LOX的表达,降低了 LOX活性,从而降低了水稻的TBARS积累,缓解了膜脂质过氧化伤害。同时,HRW预处理促进了抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD,抗坏血酸过氧化物酶APX,过氧化氢酶CAT,过氧化物酶POD)相关基因的表达,提高了抗氧化酶的活性,从而降低了过量硼造成的氧化伤害。