摘要: 盐胁迫严重威胁作物的生长发育，制约其产量和品质。硒（Se）是植物生长发育的有益元素，在提高植物应对多种非生物胁迫的过程中具有重要作用。本研究以拟南芥（Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.）野生型（WT）和盐过敏感突变体（SOS1、SOS2、SOS3）为供... 展开 盐胁迫严重威胁作物的生长发育，制约其产量和品质。硒（Se）是植物生长发育的有益元素，在提高植物应对多种非生物胁迫的过程中具有重要作用。本研究以拟南芥（Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.）野生型（WT）和盐过敏感突变体（SOS1、SOS2、SOS3）为供试材料，在水培条件下以NaCl处理拟南芥，研究外源硒（Na2SeO3）在调控拟南芥盐胁迫抗性中的作用和机制。主要研究结果如下： 1.盐胁迫下，野生型和突变体植株干重和鲜重较对照均出现一定程度的降低，叶片中叶绿素a和叶绿素b含量均显著下降，抑制了植物的光合作用。外源添加硒后，突变体植株鲜重较盐胁迫显著增加，SOS1和SOS3干重相较于盐胁迫显著增加。施硒一定程度缓解了盐胁迫对拟南芥的生长抑制。施硒较盐胁迫条件下，叶绿素a和叶绿素b含量有所增加，但未达到显著水平。盐胁迫下，野生型和突变体叶片中超氧阴离子（O2·-）、过氧化氢（H2O2）均显著升高，突变体叶片中丙二醛的含量显著升高，经过硒处理后，突变体叶中超氧阴离子、过氧化氢和丙二醛的含量显著降低。盐胁迫增加了拟南芥叶中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性，施硒后进一步显著提高了突变体中这些酶的活性。盐胁迫显著增加了拟南芥叶中谷胱甘肽（GSH）和抗坏血酸（ASA）的含量，添加硒后GSH含量又进一步显著升高，但ASA的含量显著降低。盐胁迫显著增加了突变体中可溶性糖与可溶性蛋白的含量，施硒后SOS1、SOS2叶片中可溶性糖含量显著下降，SOS3可溶性糖含量有下降的趋势。野生型和突变体叶片中可溶性蛋白含量进一步提高。在正常条件下，突变体与野生型中的Na+、K+含量没有显著差异，但是添加盐处理后野生型与突变体中K+含量显著下降，Na+含量显著升高，添加硒后与盐处理相比差异不大。 2．采用非靶向代谢组学的方法，研究了硒对盐胁迫下拟南芥野生型和盐敏感突变体（SOS1）叶片中代谢物的变化。结果表明，野生型拟南芥经过盐胁迫处理后，共检测到201种差异代谢物，上调的差异代谢物主要为脂类和有机酸类，KEGG分析表明，差异代谢物主要富集在甘油磷脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、嘧啶代谢、ABC转运体等代谢通路。盐胁迫条件下添加硒后，共检测到265种差异代谢物，上调的差异代谢物主要为有机酸类、脂类和有机含氧化合物，KEGG分析表明，差异代谢物主要富集在ABC转运体、精氨酸和脯氨酸代谢、嘌呤代谢、氨酰生物合成等代谢通路。SOS1突变体经盐胁迫处理后共检测到336种差异代谢物，上调的差异代谢物主要为有机酸类、脂类、有机含氧化合物和有机杂环化合物，KEGG分析表明，差异代谢物主要富集在精氨酸和脯氨酸代谢、甜菜碱生物合成、苯丙烷代谢、苯丙素的生物合成等代谢通路。盐胁迫条件下添加硒后，共检测到347种差异代谢物，上调的差异代谢物主要为有机酸类、脂类和有机杂环化合物，KEGG分析表明，差异代谢物主要富集在辅助因子的生物合成、甘油磷脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等代谢通路。 3.利用转录组学方法，研究了硒对盐胁迫下拟南芥野生型和盐敏感突变体（SOS1）叶片中基因表达的变化。结果表明，野生型盐胁迫后检测到611个差异基因，差异基因主要富集在植物激素信号转导、植物MAPK信号通路、植物病原菌互作、二萜生物合成等代谢通路；盐胁迫条件下添加硒后，检测到631个差异基因，差异基因主要富集在植物MAPK信号通路、亚麻酸代谢、谷胱甘肽代谢、卟啉和叶绿素代谢等代谢通路。SOS1突变体经盐胁迫处理后检测到8316个差异基因，差异基因富集在光合作用、真核生物中的核糖体生物发生、核糖体、光合作用-天线蛋白等代谢通路；SOS1突变体经盐胁迫加硒处理后，检测到1442个差异基因，差异基因主要富集在光合作用、光合作用-天线蛋白、植物病原菌互作、植物激素信号转导等代谢通路。 4.通过对转录组和代谢组的联合分析，发现施硒对盐胁迫下野生型和突变体中淀粉与蔗糖代谢和精氨酸与脯氨酸代谢均产生较大的影响。在野生型中，淀粉与蔗糖代谢途径中蔗糖合酶基因下调可能是蔗糖、D-麦芽糖、果聚糖含量变化的原因；在精氨酸与脯氨酸代谢途径中，脯氨酸脱氢酶的表达量降低可能是脯氨酸丰度的增加的原因，精氨酸丰度的增加也间接增加了L-谷氨酸的丰度。在突变体中，蔗糖、D-麦芽糖、CDP-葡萄糖的丰度均出现下降，此过程受到多个基因的调节；在精氨酸与脯氨酸代谢途径中，精氨酸脱羧酶的表达量降低可能是导致精氨酸的富集的原因，精氨酸的富集进而增加对香豆酰基腐胺和N-乙酰腐胺的合成转化。硒可能影响了这些通路中差异基因与差异代谢物来维持拟南芥在盐胁迫的生理稳态与生长发育。 收起