重金属胁迫下NO信号在植物中的传递和作用机理研究

In the present study, plants under the heavy metal stress will be treated with 2-phenyl-4,4,5,5-tetramethyl-imidazoline-1-oxyl-3-oxyde (PTIO, as a specific NO scavenger), sodium nitroprusside (SNP, as nitric oxide donor), and N -nitro-L-arginine (LNNA, as an NO synthase inhibitor). Through investigating 1) the pathways to produce nitric oxide, 2) the pathways of intracellular signal transduction involving nitric oxide(NO)，cyclic guanylic acid(cGMP), and cyclic ADP-ribose (cADPR), and 3) the relationships of NO with secondary metabolites，salicylic acid(SA), hormone, pathogenesis related proteins(PR-1), gene expression of Phenylalanine ammonia lyase (PAL), and Chalcone synthase(CHS), we aim to demonstrate the mechanism by which NO in response to heavy metal stress, to provide a theoretical basis for verifying damage of heavy metal on plants, induced defense mechanism of plants, and for studying of ecological defense in plants under the heavy metal stress.

本项目采用NO的清除剂（N-乙酰半胱氨酸，PTIO）、产生剂（硝谱钠，SNP）和一氧化氮合酶（NOS）抑制剂（N-硝基-精氨酸, LNNA）等分别处理重金属胁迫下的植物，通过研究（1）重金属胁迫下植物体NO的产生途径，（2）环腺苷二磷酸核糖（cADPR）途径和环鸟苷酸（cGMP）途径的信号分子NO传递，（3）NO与次生代谢产物、水杨酸（ SA）、激素、病原相关蛋白（PR-1）、苯丙氨酸氨解酶（PAL）基因表达、查尔酮合酶（CHS）基因表达等有关物质作用机理的相关性，揭示植物NO在重金属胁迫反应中的作用机理，为进一步探明重金属胁迫对植物的损伤、诱发防卫机制及重金属污染植物的生态防御研究提供新的科学依据。

本项目采用NO的清除剂（c-PTIO）、产生剂（SNP）、一氧化氮合酶（NOS）抑制剂（L-NAME）和硝酸还原酶（NR）抑制剂（NaN3）等分别处理重金属胁迫下的植物，通过研究重金属胁迫下NO在植物种子萌发和幼苗生长过程中的产生途径，内、外源NO对重金属胁迫引起的膜脂过氧化作用的缓解和调控机制，以及NO对植物积累重金属的调控作用机制，揭示植物NO在重金属胁迫响应中的作用机理，为进一步探明重金属胁迫对植物的损伤、诱发防卫机制及重金属污染植物的生态防御研究提供新的科学依据。结果表明：一定浓度的Cd、Pb胁迫显著增加紫花苜蓿和三叶鬼针草幼苗NO2-和Car含量以及NOS和NR活性，使NO产生显著增强。NaN3降低NR活性，L-NAME降低NOS活性，使NO含量降低，表明Cd、Pb胁迫下紫花苜蓿和三叶鬼针草幼苗中NO可由NOS和NR途径产生。低浓度Cd、Pb胁迫下，外源NO和内源NO均增强幼苗抗氧化酶系统和促进Pro和SS的合成，减轻膜脂过氧化程度，促进植物生长和Cd、Pb积累量。较低浓度的Cd胁迫提高了紫花苜蓿和娃娃菜种子内的NO含量，NO由NOS、NR、NO2-、Car共同调控产生，外源SNP可以促进种子萌发、促进还原性糖、可溶性糖以及其他内含物质的积累、激活抗氧化系统，而c-PTIO、NaN3和L-NAME则降低了种子的发芽率、发芽势和生长量，降低内含物质的积累，说明NO对重金属胁迫下种子萌发生长起重要作用。NO在促进植物生长发育的同时，也增加了植物对Cd、Pb的吸收。.项目计划发表1-2篇SCI期刊收录论文和5-6篇核心期刊论文来反映研究成果。截止目前实际发表论文12篇，其中SCI期刊收录论文1篇，CSCD核心期刊论文9篇。项目实施后期取得的实验数据正在处理和撰写论文之中，计划在未来6个月内陆续投稿。