采用營(yíng)養(yǎng)液水培的方法,以“鄭58”玉米(Zea mays L.)為材料,富氫水為H2供體,研究外源氫氣對(duì)鹽脅迫下玉米根系及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響。比較了不同處理下玉米幼苗的生物量及生理活性,并分析了根系質(zhì)膜ATP酶相關(guān)基因MHA1和Ca2+依賴性蛋白激酶CDPK21基因表達(dá)的差異。本實(shí)驗(yàn)旨在探究鹽脅迫下氫氣緩解植物生長(zhǎng)抑制的分子機(jī)制,為尋找緩解植物鹽脅迫的方法提供基礎(chǔ)研究。

主要結(jié)果如下:(1)富氫水處理較清水處理(對(duì)照)提高了玉米根系發(fā)育及幼苗生物量。(2)鹽脅迫顯著抑制了玉米根系及幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育,導(dǎo)致生物量下降。富氫水緩解了NaCl(150 mmol·L-1)對(duì)玉米幼苗及根系的生長(zhǎng)抑制。根系構(gòu)型及根系解剖結(jié)構(gòu)分析表明,富氫水處理顯著增加了玉米幼苗總根長(zhǎng)、總表面積、總體積、以及根系平均直徑(P<0.05)。(3)富氫水處理顯著提高了鹽脅迫下玉米幼苗的葉綠素含量、氣孔開度,提高了幼苗的光合能力。同時(shí)增加了幼苗相對(duì)含水量,使根系的新陳代謝加快,促進(jìn)了可溶性糖的合成;中柱直徑變大,特別是后生木質(zhì)部導(dǎo)管直徑的增加,促進(jìn)了水和無機(jī)鹽向地上部的運(yùn)輸,從而使幼苗生物量增加。(4)對(duì)玉米幼苗根系的組織化學(xué)染色及丙二醛含量測(cè)定表明,富氫水處理顯著降低了鹽脅迫下丙二醛含量及活性氧的積累。抗氧化酶SOD、POD活性測(cè)定表明,富氫水明顯提高了抗氧化酶活性。即富氫水處理能夠降低膜脂的過氧化水平和超氧化物的過量積累,從而降低鹽脅迫對(duì)膜的損傷,提高細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。(5)富氫水處理下,質(zhì)膜H+-ATPase、液泡膜H+-ATPase和H+-PPase活性均顯著增加,MHA1基因和Ca2+依賴性蛋白激酶21(CDPK 21)表達(dá)上調(diào),由此可能造成膜電位和跨膜pH梯度的改變,減少離子積累對(duì)細(xì)胞的傷害。CDPK 21的上調(diào)有利于結(jié)合Ca2+并進(jìn)一步激活激酶和磷酸酶,使蛋白質(zhì)的Ca2+結(jié)合位點(diǎn)的親和力增加,從而有利于Ca2+外排,減少離子脅迫造成的生長(zhǎng)抑制?？傊?本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明富氫水可能通過重建活性氧穩(wěn)態(tài)和離子穩(wěn)態(tài)減緩鹽脅迫對(duì)玉米根系及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的抑制。