高温胁迫下硒通过增强抗氧化防御系统保护高粱叶子免受氧化损伤.docVIP

Selenium protects sorghum leaves from oxidative damage under high temperature stress by enhancing antioxidant defense system 高温胁迫下硒通过强抗氧化防御系统保护高粱叶子免受氧化损伤 摘 要：通常在高温胁迫条件下诱导植物氧化应激反应。在植物中硒经常充当抗氧化剂，然而，其在高温下如何诱导氧化应激反应的作用原理还不明确。我们推测施用硒能部分减轻因高温诱导的氧化应激反应以及减弱高温在高粱的生理、生长、产量上的负面作用。本研究的目的是调查硒在以下几个方面的影响：a 叶片光合作用，膜的稳定性及抗氧化酶活性；b 高粱作物在可控高温胁迫环境下生长的作物产量及产量构成因素。作物从播种到种后63天期间在最适温度（OT：32/22℃，白天最高/夜间最低）下生长。在种后第63天所有植株叶面喷施硒酸钠(75 mg L?1)，在种后第65天施行高温胁迫(40/30℃)直至成熟。对生理生化性状以及产量性状进行测定。高温胁迫降低叶绿素含量，叶绿素a荧光，光合速率以及抗氧化酶活性和增加氧化产物和膜损伤。在高温胁迫下因减弱抗氧化防御导致作物产量与最适温度相比较低。施用硒是通过加强抗氧化防御减弱膜损伤获得更高的作物产量。在高温条件下施用硒，抗氧化酶的增加程度以及活性氧的减少程度较大于在最适温度下施用硒。目前的研究表明，在高温胁迫下硒能通过增强抗氧化防御系统来起到保护性作用。 关键词：抗氧化酶；高粱；高温胁迫；氧化损伤；活性氧；硒 引 言 高粱 [ Sorghum bicolor(L.) Moench] 是半干旱地区的一种重要作物，但在作物发育的开花前和开花后阶段，其生长、发育和产量都容易受到干旱和高温胁迫伤害。开花期处于高温胁迫下的高粱的产量损失是由于一个差的结实率，种子灌浆结实期的早期比后期对高温胁迫更为敏感。在花后发育阶段，种子产量损失主要是由于种子尺寸的减小。高温胁迫也可能导致叶片过早衰老，这是内部程序性变性过程导致组织坏死。叶片衰老的一个典型现象是叶绿素减少，膜损伤加大和光合能力下降。然而高温胁迫直接伤害光合器官，降低光合速率和减少同化与供应的持续时间。高温胁迫能促进叶绿体中活性氧（ROS）的积累，特别是去除活性氧的抗氧化能力低时。在高温条件下，叶绿素分子过度激发会导致活性氧的形成。在叶片衰老期间我们注意到抗氧化酶活性普遍降低。高温胁迫下参与清除活性氧的抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POX）。 硒（Se）长期以来被认为是用于动物和人类营养所必需的微量营养元素，因为它是防止身体组织氧化损伤的硒基酶—谷胱甘肽过氧化物酶不可缺少的一部分。根据目前的想法，高等植物并不需要硒，硒对植物是否是一种必需元素的问题仍存在争议。我们先前的研究表明，对大豆 [Glycine max (L.) Merr.]叶面喷施硒可以提高抗氧化酶活性和降低膜的损伤以及ROS含量。最近的研究表明，低浓度的硒可以保护植物免受多种类型的非生物胁迫[16][38]。硒能提高暴露在低温、干旱胁迫、铝毒下植物的耐受性。在Stanleya pinnata 中负责硒积累的分子机制显示，参与硫同化和抗氧化活性的基因以及茉莉酸和水杨酸途径的防御基因高度表达。高温胁迫下，由于其抗氧化基因和防御基因的表达作用，硒能通过延缓叶片衰老以及增加碳供应来提高作物产量。 假设一个高温胁迫环境，硒能通过其抗氧化性减缓氧化应激反应。本研究的目的是调查硒在如下几个方面的能力：a 提高膜的稳定性，增强抗氧化酶活性和叶片光合作用；（b）在高温胁迫下增加高粱产量。 （16小时，8小时黑暗，昼/夜温度32/22℃）光量子通量密度， μg g?1 干重, DW）。记录产量数据。每个值是三个独立处理的均数加减标准误。在观察的任一天带有不同字母的平均数在P≦0.05差异显著 4 生长，产量和硒浓度 温度和硒处理没有影响株高（表1）。高温胁迫在产量形成上的显著效应通过在叶干重（P 0.05），总干物质产量（P 0.01），种子大小（P 0.001）和灌浆种子重量（P 0.001）（表1）反应的。叶面喷施硒显著地增加干物质总产量（P 0.01），种子大小（P 0.05）和灌浆种子重量（P 0.05）（表1）。高温胁迫与最适温度相比，叶干重，干物质总产量，填充用种子重量和种子大小分别下降13.4％，22.3％，53.1％和51.2％。叶面喷硒与未经处理的对照组相比，填充用种子重量和种子大小分别显著增加26.3％和10.7％（表1）。 表1 温度胁迫（OT最适温度32/22℃，HT高温40/30℃）和硒处理（C，对照，叶面喷水；Se，叶面喷硒，75 mg L?1硒酸钠）