盐胁迫诱导拟南芥细胞程序化死亡受乙烯调控的生理生化机制研究

对盐胁迫诱导的植物细胞程序化死亡（programmed cell death, PCD）的调控特点及其生理生化机制进行深入研究有助于揭示植物抗盐机制及筛选抗盐植物。研究表明，乙烯（ethylene）在植物抗盐过程发挥积极的调控作用，但其机制目前不清楚。本项目围绕盐胁迫诱导PCD发生及乙烯调控功能的热点问题，以拟南芥乙烯信号反应增强或缺失的突变体以及野生型为材料，对比研究它们在盐胁迫条件下的生物量积累、形态变化、氧化胁迫水平、叶绿素含量和荧光参数等抗盐性指标的响应差异，以及在盐胁迫诱导的早期和晚期PCD的定量和定性发生情况，揭示此过程受乙烯调控的特点及其与抗盐性的密切关系；围绕乙烯调控此过程的可能机制问题，本项目还研究了氧化还原状态（氧化水平和抗氧化酶体系）及钾钠离子平衡在上述不同基因型植物中对盐胁迫诱导PCD发生的生理和分子响应差异，进一步揭示乙烯调控盐胁迫诱导PCD发生的生理生化基础。

项目组已完成全部既定的研究任务。通过本项目的研究，初步揭示了盐胁迫诱导的植物细胞程序化死亡的调控特点及其生理生化机制，为揭示植物抗盐机制及耐盐基因工程提供理论基础。项目主要研究结果包括：1）乙烯信号转导积极参与了拟南芥响应盐胁迫应答：乙烯不敏感突变体ein2-5和ein3-1，其对盐胁迫较敏感，其萌发率和根长生长明显受限于盐胁迫；而对于正常的野生型和组成型乙烯反应突变体ctr1-1，对盐胁迫具有较高的抗性；2）乙烯信号延缓了拟南芥在盐胁迫下所引起的细胞死亡进程：利用分离的叶片原生质体，结合流式细胞术Annexin V-FITC/PI染色测定细胞的凋亡程度过程中发现，乙烯信号缺乏的ein2-5和ein3-1植株随盐胁迫浓度的增大，其早期凋亡和晚期凋亡的细胞比率明显增加，而增强型ctr1-1植株与对照相比在盐胁迫下表现出较小的凋亡比率，说明乙烯信号转导参与盐胁迫抗逆反应应答，使植物体更具有抗盐性，延缓其凋亡；3) 乙烯信号有助于保持植株K离子浓度，进而降低细胞死亡率和提高植物抗盐性：利用ICP对盐胁迫条件下各基因型植株的K、Na离子含量进行测定的结果表明乙烯信号能有效缓解盐胁迫诱导的K离子大量流失，此作用对于植株根部的效果最为明显；4）乙烯信号有效抑制了盐胁迫诱导的氧化胁迫，降低细胞死亡率：利用H2DCF-DA等各种染料，检测叶片细胞及根尖活性氧的积累和分布情况发现，乙烯信号缺失突变体植株在盐胁迫诱导氧化胁迫方面特别敏感，导致种子萌发受到抑制，引起细胞死亡进程加速。而相反的结果发生在乙烯信号增强型突变体植株中。上述研究结果近2年来共发表学术论文8篇，其中7篇被SCI收录，分别发表在Environmental and Experimental Botany/Plant Physiology and Biochemistry/Acta Physiologiae Plantarum等国际本领域学术期刊上。可见，本项目研究结果较深入地揭示了乙烯在抵御盐胁迫诱导的细胞死亡、氧化胁迫、离子失衡等方面的功能，达到了预期研究目标。