全 文 ：外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性
及碳同化关键酶基因表达的影响*
刘会芳摇 何晓玲摇 肖春燕摇 崔金霞摇 徐摇 巍摇 刘慧英**
(石河子大学农学院园艺系, 新疆石河子 832003)
摘摇 要摇 对 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片分别喷施还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽
(GSSG)和谷胱甘肽合成抑制剂(BSO)构建不同氧化还原水平的番茄植株,研究外源 GSH 介
导的氧化还原状态对 NaCl胁迫下番茄幼苗光合作用的影响.结果表明: 外源喷施 GSH 诱导
NaCl胁迫下番茄幼苗叶片的还原力水平提高,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、蒸腾速
率(Tr)及最大光化学效率(Fv / Fm)、实际光化学效率(囟PS域)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学
猝灭系数 (NPQ)值均提高,核酮糖鄄1,5鄄二磷酸羧化酶 /加氧酶 (Rubisco)活性及大亚基
(RbcL)、小亚基(RbcS)和 Rubisco 活化酶(RCA)的基因表达水平上调,从而有效保护了光合
系统,促进了(光系统域)PS域光化学反应活性、降低了 NaCl 胁迫对光合暗反应的抑制,缓解
了 NaCl胁迫对番茄植株的危害.喷施 GSSG显著降低了 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片还原力水
平,造成叶片光损伤和光抑制加剧,但 RbcS 和 RbcL 的基因表达水平上调可能是导致 NaCl+
GSSG处理下叶片 Pn未下降的原因. 喷施 BSO 对 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片氧化还原状态、
CO2传导能力和 PS域反应中心无显著影响,但 BSO上调碳同化关键酶 Rubisco初始活性、总活
性及 RCA和 RbcS表达水平是导致 Pn提高的原因.
关键词摇 番茄摇 NaCl胁迫摇 GSH摇 氧化还原状态摇 光合作用
*国家自然科学基金项目(31160391, 31360478)资助.
**通讯作者. E鄄mail: hyliuok@ aliyun. com
2013鄄12鄄03 收稿,2014鄄06鄄16 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)09-2637-08摇 中图分类号摇 S641. 2摇 文献标识码摇 A
Effects of exogenous GSH on photosynthetic characteristics and expression of key enzyme
genes of CO2 assimilation in leaves of tomato seedlings under NaCl stress. LIU Hui鄄fang, HE
Xiao鄄ling, XIAO Chun鄄yan, CUI Jin鄄xia, XU Wei, LIU Hui鄄ying (Department of Horticulture,
College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi 832003, Xinjiang, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2014, 25(9): 2637-2644.
Abstract: By spraying tomato leaves with reduced glutathione ( GSH), oxidized glutathione
(GSSG) and glutathione synthesis inhibitor (BSO), respectively, the effects of glutathion鄄mediated
redox state on leaf photosynthesis in tomato under NaCl stress were investigated. The results showed
that the application of exogenous GSH significantly induced an increase in reducing power level, in鄄
creased the net photosynthetic rate (Pn), stomatal conductance (gs), transpiration rate (Tr), as
well as the maximum quantum yield of PS域 (Fv / Fm), actual photochemical efficiency of PS域
(囟PS域), photochemical quenching coefficient ( qP) and non鄄photochemical quenching coefficient
(NPQ), and enhanced the Rubisco activity and expression levels of RbcL, RbcS and RCA genes in
leaves of tomato seedlings under NaCl stress. These results suggested that GSH alleviated salt鄄in鄄
duced oxidative stress by protecting PS域 from damage caused by excess energy, and improving the
photochemical efficiency of PS域 and dark reaction activity of photosynthesis. Although spraying
GSSG decreased the level of reducing power and further aggravated the damage and photoinhibition
of the leaf photosynthetic apparatus, Pn was not affected in combined stressed (NaCl and GSSG)
plants, which might be due to the up鄄regulation of expression levels of RbcL and RbcS genes. The
application of BSO had no significant effects on redox state, CO2 conductivity capacity and PS域
photochemical efficiency in tomato leaves under NaCl stress. However, compared to salt singly
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 9 月摇 第 25 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2014, 25(9): 2637-2644
stressed plants, BSO application increased Pn, likely due to the up鄄regulation of Rubisco initial
activity and RCA and RbcS expression levels.
Key words: tomato; NaCl stress; GSH; redox state; photosynthesis.
摇 摇 目前,土壤盐渍化是农业生产面临的严峻问题.
盐胁迫是限制作物生长和产量的最严重的环境因子
之一.盐胁迫所引起的失水亏缺和离子毒害通过干扰
生理过程,特别是光合作用导致植株生长受到抑
制[1] .盐胁迫也直接损害光合器官及降低光合速率和
同化物的持续供应[2] .因此,开展盐胁迫对植物的影
响和耐盐机理研究具有重要的科学和现实意义.
还原型谷胱甘肽(GSH)是植物中含量丰富的
含巯基的低分子肽,是机体内重要的水溶性抗氧化
物质,在抗氧化和对氧化还原敏感的信号传导的调
节中起着关键性作用[3] . GSH 水平的高低和存在形
式与植物对各种生物和非生物环境胁迫的耐性密切
相关.植物细胞中 GSH 库受到严格的稳态调控,当
植物细胞感知调节氧化还原平衡的 GSH 库的高度
稳态遭到破坏,则积极进行细胞或基因表达的适应
性改变[4] .许多研究已证明,有效去除 ROS 和维持
细胞内 GSH稳态主要是通过抗坏血酸鄄谷胱甘肽循
环使脱氢抗坏血酸 ( DHA)再还原实现的,其中
GSH / GSSG(氧化型谷胱甘肽)和 AsA(抗坏血酸) /
DHA是 2 个相互关联的重要氧化还原对,在环境胁
迫期间紧密协调来抵抗胁迫,因此 GSH / GSSG 和
AsA / DHA被看作是反映胞内氧化还原状态的指
标[5-6] .但目前 GSH参与调控植物光合作用和植物
抗逆性的研究仍然十分有限.
因此,本试验以番茄为材料,通过对 NaCl 胁迫
下番茄幼苗叶片喷施 GSH、GSSG、还原型谷胱甘肽
合成酶抑制剂(BSO)构建不同氧化还原状态水平的
番茄植株,探讨外源 GSH 对 NaCl 胁迫下番茄植株
光合特性、碳同化关键酶活性及基因表达的影响,以
期为 NaCl胁迫下番茄幼苗的耐盐机理研究提供理
论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料与试验设计
试验在石河子大学农学院进行.以当地番茄主栽
品种‘白果强丰爷为试材.种子催芽后播种于草炭 颐
蛭石=1 颐 1(v / v)的基质中. 待二叶一心,挑选形态
长势整齐一致的番茄幼苗移入带泡沫盖板的 12 L
水桶中,桶中装入 10 L 用去离子水配制的Hoagland
营养液(pH 6. 2).待幼苗长至四叶一心时进行不同
处理.试验共设置 5 个处理:1) CK:不喷施谷胱甘
肽,不加氯化钠;2)NaCl:加 100 mmol·L-1氯化钠,
叶面喷施蒸馏水;3)NaCl+GSH:加 100 mmol·L-1氯
化钠,叶片喷施 5 mmol·L-1 GSH;4) NaCl+GSSG:
加 100 mmol·L-1氯化钠,叶片喷施 5 mmol·L-1
GSSG;5)NaCl+BSO:加 100 mmol·L-1氯化钠,叶片
喷施 1 mmol·L-1 BSO.其中氯化钠于处理时直接加
入营养液中,GSH、GSSG 和 BSO 以叶片喷施的方式
于每日 9:00 进行处理.试验期间,每 3 d 调 1 次 pH
值至 6. 2,6 d更换 1 次营养液并全天通气. 试验采
取随机区组设计,每个处理重复 3 次(3 个水桶,每
桶 4 株植株),处理的第 5 天进行取样.
1郾 2摇 测定指标与方法
1郾 2郾 1 GSH、GSH+GSSG、GSH / GSSG 和 AsA、AsA+
DHA、AsA / DHA的测定摇 酶液的提取:取叶片样品
0. 3 g,用 2 mL 6% (W / W)的偏磷酸冰浴研磨,4 益、
12000 r·min-1离心 20 min. GSH+GSSG、GSSG 的测
定参照 Griffiths[7]的方法,总 AsA+DHA、AsA的测定
参照 Law等[8]的方法.取样部位均为功能叶,3 次重
复.
1郾 2郾 2 光合气体交换与叶绿素荧光测定 摇 用 Li鄄
6400 型光合仪(美国 Li鄄Cor 公司)于处理第 5 天
11:00 测定叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、
胞间 CO2浓度(C i)和蒸腾速率(Tr)等光合气体交换
参数.测量部位为每株植株的倒三叶,每个处理重复
3 次.同时,用 FMS2 脉冲调制式荧光仪(英国 Han鄄
satech公司)测定叶绿素荧光动力学参数.叶片暗适
应 30 min后,测得最小荧光(Fo)和最大荧光(Fm).
随后打开内源光化光(600 滋mol·m-2·s-1),10 min
后获得光下的稳态荧光(Fs),并再次照射饱和脉冲
光以获得光下最大荧光(Fm忆) .最后关闭光化光,打
开远红光的同时测定光下最小荧光 ( Fo忆) . 根据
Demming鄄Adams等[9]及 FMS2 使用手册,荧光参数
的计算方法如下:光系统域光化学量子效率 椎PS域=
(Fm忆-Fs) / Fm忆;PS域最大光化学效率 Fv / Fm = (Fm -
Fo) / Fm;光化学淬灭 qP = (Fm忆-Fs) / (Fm忆-Fo忆);非
光化学淬灭系数 NPQ=(Fm-Fm忆) / Fm忆.
1郾 2郾 3 Rubisco活性测定摇 Rubisco 初始和总活性测
定参照 Lilley 和 Walker[10]的方法,并做一定的修
改[11] .
8362 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 1摇 RT鄄PCR引物设计
Table 1摇 Design of primers for qRT鄄PCR
基因
Gene
正向引物
Forward primer
反向引物
Reverse primer
Actin 5爷鄄TGGTCGGAATGGGACAGA鄄
AG鄄3爷
5爷鄄CTCAGTCAGGAGAACAGG鄄
GT鄄3爷
RCA 5爷鄄TACACCGTCAACAACCAG鄄3爷 5爷鄄GGATAAGAGGAGCATAC鄄
AAT鄄3爷
RbcL 5爷鄄TTTCCAAGGTCCGCCTCA鄄3爷 5爷鄄CCACCGCGAAGACATTCA鄄
TA鄄3爷
RbcS 5爷鄄TGTGGAAGTTGCCTATGT鄄
TTGG鄄3爷
5爷鄄GCACTTGACGCACATTG鄄
TCG鄄3爷
RbcL: Rubisco大亚基基因 Rubisco large subunit gene; RbcS: Rubisco 小亚基基
因 Rubisco small subunit gene; RCA: Rubisco活化酶基因 Rubisco activase gene;
Actin: 肌动蛋白基因 Actin gene.
1郾 2郾 4 叶片 RNA的提取与 qRT鄄PCR 分析 摇 番茄叶
片 RNA用 Trizol 试剂按说明书提取.参照 TOYOBO
公司反转录试剂盒说明书合成 cDNA 第 1 链. 根据
Genbank和番茄基因组数据库的核苷酸序列设计特
异性引物(表 1). qRT鄄PCR采用 iCycler iQ Multicolor
Real鄄Time PCR Detection System 仪器(Bio鄄Rad),结
合 SYBR Green RT PCR 荧光染料试剂盒 ( TOYO鄄
BO).在 20 滋L反应体系中,包含 10 滋L SYBR Green
QPK鄄201、0. 8 滋L 正义和反义端的引物、1 滋L cDNA
模板以及 7. 4 滋L 超纯水(ddH2O). PCR 反应条件:
95 益 30 s;95 益变性 5 s,56 益退火 10 s,72 益 15
s;40 个循环. 荧光数据在每个循环的退火末期采
集.在 PCR 循环反应完成之后,熔解曲线表明生成
的 PCR 产物均为单一物质. 番茄的看家基因 Actin
的荧光值作为计算时的内标,基因相对表达量采用
2-驻驻Ct[12]方法计算.
1郾 3摇 数据处理
所有数据采用Microsoft Excel和 SPSS软件进行
数据处理和差异显著性检验(Duncan法),显著性水
平设定为 琢=0. 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 外源 GSH 对 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片氧化
还原状态的影响
由图 1 可知, NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片的
AsA、AsA+DHA 含量和 GSH / GSSG、AsA / DHA 显著
下降,GSH 和 GSH+GSSG 含量与对照无显著差异;
外源喷施 GSH显著提高了 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶
片的 GSH、 GSH + GSSG、 AsA 含量和 GSH / GSSG、
AsA / DHA,其中番茄幼苗叶片的 GSH+GSSG和 GSH
含量分别较 NaCl 胁迫处理提高了 472. 4% 和
681郾 0% ,且均显著高于对照. AsA 的含量亦较 NaCl
胁迫处理显著增加了 43. 6% ,但与对照未达到显著
差异. GSH / GSSG和 AsA / DHA 分别较 NaCl 胁迫处
理提高了 50. 5%和 90. 5% ,且与对照无显著差异;
外源喷施 GSSG 显著提高了 NaCl 胁迫下番茄幼苗
叶片的 GSH、GSH+GSSG 含量,但降低了 AsA+DHA
含量和 GSH / GSSG,AsA 含量和 AsA / DHA 与 NaCl
胁迫处理无显著差异;NaCl胁迫下喷施外源 BSO的
图 1摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片氧化还原状态的影响
Fig. 1摇 Effects of exogenous GSH on redox state in leaves of tomato seedlings under NaCl stress.
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters meant significant difference among treatments at 0. 05 level. 下同 The same be鄄
low.
93629 期摇 摇 摇 摇 摇 刘会芳等: 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性及碳同化关键酶基因表达的影响摇 摇 摇
番茄幼苗叶片 GSH、GSH+GSSG、AsA、AsA+DHA 含
量和 GSH / GSSG、AsA / DHA 均与 NaCl 胁迫处理无
显著差异.以上结果表明,NaCl 胁迫导致番茄幼苗
叶片还原力水平降低. 外源施用 GSH 可显著提高
NaCl胁迫下番茄幼苗叶片还原力水平,外源施用
GSSG进一步加剧了 NaCl胁迫下番茄叶片还原力水
平的下降,外源喷施 BSO 则对 NaCl 胁迫下番茄幼
苗叶片的氧化还原水平无显著影响.
2郾 2摇 外源 GSH 对 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片光合
气体交换参数的影响
由图 2 可知,NaCl 胁迫导致番茄幼苗叶片的
Pn、gs、Tr和 C i显著下降,表明 NaCl 胁迫对番茄幼苗
产生了胁迫,显著抑制了叶片光合作用 . NaCl胁迫
图 2摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片光合气体交换
参数的影响
Fig. 2摇 Effects of exogenous GSH on gas exchange parameters in
leaves of tomato seedlings under NaCl stress.
下分别喷施 GSH、GSSG 和 BSO 的 3 个处理对番茄
幼苗光合气体交换参数的影响不同. NaCl 胁迫下,
喷施 GSH显著提高了番茄幼苗叶片的 Pn、gs和 Tr,
对 C i无显著影响;喷施 GSSG 对番茄幼苗叶片的
Pn、gs、Tr和 C i无显著影响;喷施 BSO 则显著提高了
番茄幼苗叶片的 Pn,但对 gs、Tr和 C i无显著影响.此
外,NaCl胁迫下喷施 BSO 的番茄幼苗叶片 Pn、gs显
著低于 NaCl 胁迫下喷施 GSH 处理,Pn显著高于
NaCl胁迫下喷施 GSSG处理.表明外源喷施 GSH后
能够显著缓解 NaCl 胁迫对番茄幼苗光合作用的抑
制作用,但外源喷施 GSSG后未加剧 NaCl 胁迫对番
茄幼苗光合作用的抑制,外源喷施 BSO 后亦可缓解
NaCl胁迫对番茄幼苗光合作用的抑制,但其作用显
著低于外源喷施 GSH的效果.
2郾 3摇 外源 GSH 对 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片叶绿
素荧光参数的影响
Fv / Fm和 椎PS域分别代表 PS域的原初(最大)和
实际光化学转换效率,Fv / Fm和 椎PS域值的降低分别
意味着光抑制发生和 PS域光化学反应活性的降
低[13] .光化学淬灭系数(qP)反映的是 PS域原初电
子受体 QA的还原状态,qP越大,QA-重新氧化成 QA
的量越大,即 PS域的电子传递活性越大. 非光化学
淬灭系数(NPQ)反映的是 PS域天线色素吸收的光
能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的部
分,NPQ值提高表明植株避免过多能量造成伤害的
能力提高.图 3 显示,NaCl 胁迫显著降低了番茄幼
苗叶片 Fv / Fm、椎PS域、qP和 NPQ.外源 GSH 的喷施显
著提高了 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片的 椎PS域、qP和
NPQ,对 Fv / Fm无显著影响,且 椎PS域和 qP恢复到对
照水平,与对照无显著差异.外源喷施 GSSG 显著降
低了 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片的 Fv / Fm和 qN,但对
椎PS域、qP无显著影响.外喷施源 BSO 对 NaCl 胁迫下
番茄幼苗叶片的 椎PS域、qP、NPQ 和 Fv / Fm没有显著
影响. NaCl胁迫下分别喷施 GSH、GSSG和 BSO的 3
个处理相比,NaCl+GSH 处理的 Fv / Fm、椎PS域、qP和
NPQ值均显著高于 NaCl+GSSG处理,qP和 qN值显著
高于 NaCl+BSO 处理,Fv / Fm、椎PS域值与 NaCl+BSO
处理无显著差异;NaCl +BSO 处理的 椎PS域和 qP与
NaCl+GSSG处理无显著差异,但 Fv / Fm和 NPQ 值显
著高于 NaCl+GSSG处理. 以上结果表明,NaCl 胁迫
导致 PS域光化学转换和电子传递效率及 PS域光化
学活性的降低,而外源喷施 GSH可通过提高番茄植
株叶片 PS域光化学活性、光合电子传递能力和增加
热耗散来缓解NaCl胁迫对PS域光化学活性的抑
0462 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 3摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片叶绿体荧光参
数的影响
Fig. 1 摇 Effects of exogenous GSH on chlorophyll fluorescence
parameters in leaves of tomato seedlings under NaCl stress.
制,保护 PS域免受过多能量的损伤,外源喷施 GSSG
处理进一步降低了 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 PS域
光化学转换效率和热耗散能力,因而加剧了 NaCl胁
迫对番茄幼苗 PS域光化学反应能力的抑制程度,外
源喷施 BSO处理未加剧 NaCl胁迫对番茄幼苗 PS域
光化学反应能力的抑制.
2郾 4摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 Rubi鄄
sco活性的影响
Rubisco是 CO2固定反应的关键酶,常被称为光
合作用的限速酶. 由图 4 可知,NaCl 胁迫显著降低
了 Rubisco 的初始活力和总活力.喷施 GSH 后显著
提高了 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片 Rubisco 的初始
活力和总活力,分别较 NaCl 胁迫处理提高了
8 2郾 1%和173郾 4% .与对照相比,NaCl胁迫下,喷施
图 4摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 Rubisco 初始
活力和总活力的影响
Fig. 4摇 Effects of exogenous GSH on the initial and total activity
of Rubisco in leaves of tomato seedlings under NaCl stress.
GSH后 Rubisco总活力显著高于对照,Rubisco 初始
活力与对照无显著差异;喷施 GSSG 后显著降低了
番茄幼苗叶片的 Rubisco初始活力,降幅达 38郾 6% ,
但对 Rubisco总活力无显著影响;外源喷施 BSO 显
著提高了 Rubisco总活力和初始活力,且 Rubisco 总
活力显著高于对照. NaCl 胁迫下分别喷施 GSH、
GSSG和 BSO 的 3 个处理相比,以 NaCl+GSH 处理
的番茄幼苗叶片的 Rubisco 初始活力和总活力最
高,且显著高于 NaCl+GSSG和 NaCl+BSO 2 个处理,
以 NaCl+GSSG处理的番茄幼苗叶片的 Rubisco初始
活力和总活力最低,且显著低于 NaCl+GSH 和 NaCl
+BSO处理.表明 NaCl+GSH处理的番茄植株维持了
较高的 Rubisco 活性,能有效缓解盐胁迫对碳同化
过程的抑制,有利于光合作用顺利进行,其次是
NaCl+BSO 处理,而 NaCl +GSSG 处理的番茄植株
Rubisco初始活性显著低于 NaCl 处理,加剧了盐胁
迫对叶片光合暗反应的抑制作用.
2郾 5摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 RCA、
RbcL、RbcS基因表达的影响
为研究外源 GSH 介导的内源氧化还原状态对
NaCl胁迫下番茄光合作用暗反应阶段的影响,利用
半定量 qRT鄄PCR 技术进一步分析了不同处理的番
茄幼苗 RbcL、RbcS和 RCA 的基因表达水平.这 3 个
基因分别编码光合暗反应中的关键酶———Rubisco
的大、小亚基和活化酶 . 由图5可知,NaCl胁迫使
14629 期摇 摇 摇 摇 摇 刘会芳等: 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性及碳同化关键酶基因表达的影响摇 摇 摇
图 5摇 外源 GSH对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 RCA、RbcS 和
RbcL基因表达相对丰度的影响
Fig. 5摇 Effects of exogenous GSH on the relative abundance of
RCA, RbcS and RbcL transcript in leaves of tomato seedlings un鄄
der NaCl stress.
RbcL、RbcS和 RCA的 mRNA 表达水平下调,并且显
著低于对照;NaCl 胁迫下,喷施 GSH 可显著上调
RbcL、RbcS和 RCA的 mRNA表达水平,并且 RbcS 和
RCA 2 个转录子的 mRNA 表达水平显著高于对照;
喷施 GSSG显著上调了 NaCl 胁迫下番茄幼苗叶片
RbcS和 RbcL 的基因表达水平,但对 RCA 的基因表
达水平无显著影响;喷施 BSO 亦显著上调了 NaCl
胁迫下番茄幼苗叶片 RbcS、RbcL 和 RCA 的基因表
达水平. NaCl 胁迫下分别喷施 GSH、GSSG 和 BSO
的 3 个处理相比,以 NaCl+GSH 处理的番茄幼苗叶
片的 RbcS、RbcL和 RCA 3 个转录子的基因表达水平
最高,其中尤以 RbcS 转录水平的上调幅度最大,较
NaCl 胁迫处理提高了 16. 65 倍,且 RbcS、RbcL 和
RCA 3 个基因的表达水平显著高于 NaCl+GSSG 处
理,RbcL和 RbcS 2 个基因的表达水平显著高于 NaCl
+BSO处理;NaCl+BSO 处理的 RbcS 和 RCA 基因表
达水平显著高于 NaCl+GSSG 处理,而 RbcL 的基因
表达水平显著低于 NaCl+GSSG 处理. 以上结果表
明,盐胁迫下外源 GSH 可以诱导 RbcL、RbcS 和 RCA
的上调表达,从而保证盐胁迫下叶片中光合暗反应
的顺利进行,而外源喷施 GSSG 和 BSO 亦可不同程
度上调 NaCl胁迫下 3 个转录子的表达特征.
3摇 讨摇 摇 论
越来越多的证据表明,细胞内的氧化还原状态
能够调控细胞的多种功能,植物存在通过改变细胞
氧化还原状态对环境做出积极适应,以调节基因表
达和细胞功能的机制. 维持高的还原库力是植物抵
抗生物和非生物逆境胁迫,保护植物免受氧化胁迫
的必要条件[14] .孙艳等[15]研究表明,黄瓜幼苗在高
温胁迫 2 d后,GSH含量降至最低,随着高温胁迫时
间的延长,GSH 含量和 GSH / GSSG 提高,以增强对
高温的适应性. Chen 等[16]认为,土壤缓慢干旱和自
然干旱以及盐渍生境均可导致小麦、芦苇等植物
GSH和 AsA代谢发生变化,而上调 GSH 和 AsA 代
谢速率以及氧化还原循环能力可提高植物对干旱等
逆境的抗性,揭示了细胞内较高的还原能力和还原
状态参与了植物对干旱等逆境的响应. 本试验中,
NaCl胁迫下番茄幼苗叶片的 GSH、 AsA、 GSSG +
GSH、AsA+DHA、GSH / GSSG、AsA / DHA 降低,说明
叶片内氧化还原状态参与了番茄幼苗对 NaCl 胁迫
信号的响应,表现为 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片氧化
力提高,还原力降低. Bai 等[17]在低氧胁迫下的海
棠中也观察到类似的反应. NaCl 胁迫下番茄幼苗分
别经喷施 GSH、GSSG和 BSO不同处理后,番茄幼苗
叶片中氧化还原状态发生了变化.外源 GSH显著提
高了 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 GSH、GSH+GSSG、
AsA含量和 GSH / GSSG、AsA / DHA,表明外源 GSH
诱导了抗氧化物质 GSH、AsA 的积累和还原力水平
的提高,增强了番茄植株在盐胁迫下清除 ROS 毒害
能力,以及使细胞氧化还原平衡处于还原状态,从而
有效缓解了盐胁迫危害. 这与华春等[18]在 NaCl 胁
迫下水稻叶片叶绿体中的研究结果一致. 而外源施
用 GSSG进一步加剧了 NaCl 胁迫下番茄叶片还原
力水平的降低;外源喷施 BSO 则对 NaCl 胁迫下番
茄幼苗叶片的氧化还原状态无显著影响. BSO 是谷
胱甘肽合成抑制剂.本试验中其未造成 GSH含量和
GSH / GSSG的下降. 这与外源 BSO 处理使 Cd 胁迫
下东南景天 GSH含量降低,叶片受害加剧的研究结
果不同[19] .这可能与本试验喷施 BSO 的浓度、作用
时间以及 NaCl胁迫因子和胁迫强度等有关,具体原
因还需进一步研究.
光合作用是植物生长和产量形成的生理基础.
盐胁迫下,大多数植物光合速率显著降低.本试验结
果也证明了这一点. NaCl 胁迫下,伴随着番茄幼苗
叶片还原力水平的下降,Pn、gs和 C i同时降低,说明
NaCl胁迫下番茄幼苗叶片 Pn的降低以气孔限制因
素为主.这与吴雪霞等[20]的研究结果一致. 可能是
由于 NaCl胁迫通过氧化胁迫和高浓度的 Na+和 Cl-
积累所导致的渗透和离子胁迫,使叶片发生生理干
旱、气孔收缩,从而限制了 CO2向叶绿体的输送,引
起番茄幼苗叶片 Pn下降;NaCl 胁迫下喷施外源
GSH后番茄幼苗叶片 GSH含量和还原力水平提高,
同时 Pn、gs、Tr显著提高,但 C i的增加不显著;NaCl
2462 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
胁迫下喷施外源 BSO 后,番茄幼苗叶片 Pn显著提
高,还原力水平以及 gs、Tr和 C i则无显著变化,说明
喷施外源 GSH和 BSO提高番茄叶片 Pn的因素均以
非气孔限制为主,番茄幼苗通过提高光反应和暗反
应活性等途径缓解 NaCl 胁迫对番茄幼苗 Pn的抑
制.喷施外源 GSSG后对 NaCl胁迫下番茄幼苗叶片
的光合气体交换参数没有显著影响,说明外源 GSSG
对 NaCl胁迫下番茄幼苗光合作用下降并没有缓解
作用.
叶绿素荧光参数能够快速、灵敏、无损地反映
PS域反应中心的状况,从而反映植物对光能的吸
收、传递、耗散、分配等“内在性冶的特点[21-23] .番茄、
黄瓜等植物在低温、水分胁迫等逆境条件下,叶片中
Fv / Fm、椎PS域、qP等参数的降低[24],反映出胁迫条件
下植物叶片 PS域的原初和实际光能转化效率及光
合电子传递速率下降. 本试验中,NaCl 胁迫下番茄
幼苗分别经喷施 GSH、GSSG和 BSO不同处理后,番
茄幼苗叶片中氧化还原状态发生变化,叶绿素荧光
参数也随之发生改变. NaCl 胁迫下喷施外源 GSH
后,番茄幼苗叶片的 Fv / Fm、椎PS域、qP和 NPQ 显著提
高,说明外源 GSH 可促进 NaCl 胁迫下植株 PS域光
化学反应活性和能力,降低和缓解 NaCl胁迫引起的
光抑制,保护 PS域免受过多能量的损伤. NaCl +
GSSG处理的番茄幼苗叶片 Fv / Fm和 NPQ 显著下
降,说明外源 GSSG进一步加剧了 NaCl 胁迫对光合
作用的光抑制及对光合机构的损伤. NaCl+BSO 处
理的番茄幼苗叶片 椎PS域、qP、NPQ 和 Fv / Fm无显著
变化,这与 NaCl+BSO 处理氧化还原状态无显著变
化的结论一致,说明外源 BSO 对 NaCl 胁迫导致的
番茄幼苗叶片光抑制发生和 PS域光化学反应活性
的降低未产生影响.以上均说明外源 GSH和内源高
的还原力水平可促进 NaCl胁迫逆境下 PS域光化学
反应活性,并在保护光反应体系、降低光损伤中发挥
重要作用.
在卡尔文循环中 Rubisco是同化 CO2的限速酶,
其活性的高低和基因的表达可决定植物光合暗反应
中同化 CO2的能力[25-26] .非生物胁迫可影响 Rubisco
酶的表达和催化活性,进而影响植物的光合速率,如
弱光、水分胁迫均会引起黄瓜 Rubisco 大、小亚基基
因表达降低,Rubisco羧化活性降低[27-28],NaCl胁迫
下黄瓜植株的 Rubisco 活性、RbcL、RbcS 和 RCA 的
mRNA表达水平降低[29] . 本试验结果表明,NaCl 胁
迫下番茄幼苗叶片的 Rubisco 初始活性和总活性,
以及 RbcL、RbcS 和 RCA 的 mRNA 表达水平显著下
降. NaCl胁迫下喷施 GSH 处理后,番茄幼苗内源还
原力水平提高,Rubisco 初始活性和总活性显著升
高,总活性甚至超过了对照水平. 同时,RbcL、RbcS
和 RCA的 mRNA表达水平亦显著提高,表明盐胁迫
下喷施 GSH可诱导内源还原力的提高,在一定程度
上减轻 NaCl胁迫对光合暗反应的抑制,有利于光合
碳同化能力的提高. NaCl 胁迫下喷施 GSSG 处理的
番茄叶片 Rubisco初始活性显著降低,但 RbcL、RbcS
表达水平提高,喷施 BSO 处理的 Rubisco 初始活性
和总活性均显著升高,同时 RbcL、RbcS 和 RCA 基因
表达水平上调,说明 NaCl 胁迫下番茄植株对喷施
GSSG和 BSO诱导的细胞氧化还原状态进行积极的
细胞或基因表达的适应性改变.
综上所述,NaCl胁迫下番茄幼苗叶片还原库力
降低、氧化胁迫提高,导致叶片光损伤和光抑制加
重,光合暗反应过程中 Rubisco 的初始活性和总活
性及 RbcL、RbcS 和 RCA 的 mRNA 表达水平受到抑
制,引起叶片 Pn下降,但 Pn与 gs和 C i同时下降表明
气孔限制因素是造成 NaCl胁迫下 Pn下降的主要原
因;外源喷施 GSH 通过诱导 NaCl 胁迫下番茄幼苗
叶片还原力水平显著升高,保护了光合系统,促进了
PS域光化学反应活性、上调 Rubisco 活性及 RbcL、
RbcS和 RCA的基因表达水平,减轻了 NaCl 胁迫对
光合暗反应的抑制,从而导致 NaCl胁迫下番茄幼苗
叶片 Pn提高,有效缓解了 NaCl 胁迫对番茄植株的
危害.外源 GSSG处理显著降低了 NaCl 胁迫下番茄
幼苗叶片 GSH / GSSG,叶片细胞还原力降低、氧化胁
迫提高,叶片光损伤和光抑制加剧,但上调了 RbcS
和 RbcL的基因表达水平,最终未引起 Pn的下降.这
应该是 NaCl胁迫下番茄植株对 GSSG 诱导的氧化
胁迫的一种适应性调节. NaCl胁迫下喷施 BSO对番
茄幼苗叶片氧化还原状态、CO2传导能力和 PS域反
应中心均无显著影响,但其上调碳同化关键酶 Rubi鄄
sco初始活性和总活性,以及 RCA 和 RbcS 表达水平
应该是导致 Pn提高的原因.
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作者简介摇 刘会芳,女,1989 年生,硕士研究生.主要从事设
施园艺与无土栽培研究. E鄄mail: 568899051@ qq. com
责任编辑摇 张凤丽
4462 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷