硼(Boron)是植物必需的微量元素,參與植物的生長發(fā)育、蛋白質(zhì)合成和物質(zhì)運輸?shù)冗^程。然而,硼肥的適用范圍比較狹窄,使用不當(dāng)或土壤中硼含量過多,極易對農(nóng)作物產(chǎn)生毒害。提高水稻對硼毒的抗性,并研究其中的緩解機制,是亟待解決的問題。氫氣(H2)是近些年新發(fā)現(xiàn)的具有重要作用的氣體信號分子,對植物具有較強的抗氧化作用。我們推測H2對于緩解硼毒害有積極作用。在本實驗中,我們用富氫水(Hydrogen-rich water,HRW)來供給H2并針對以上問題進行了研究。
研究結(jié)果如下:1.HRW能夠促進水稻的萌發(fā)和生長,并增強水稻對硼毒害的抗性。與對照組(蒸餾水培養(yǎng))相比,在高濃度硼(10mM H3BO3)溶液培養(yǎng)下,水稻根部的硼含量迅速升高,萌發(fā)率、根長芽長和糖含量等生理指標(biāo)明顯下降;而用HRW對水稻種子進行24h的預(yù)處理后,抑制了硼外轉(zhuǎn)運蛋白BOR1的表達,減緩了硼在水稻根部的積累,增強了種子的淀粉酶活性、提高了種子的糖含量,并促進了種子的萌發(fā)和生長。2.HRW通過調(diào)節(jié)水稻的含水量和果膠甲基酯酶(PME)活性及擴張蛋白(EXP)的表達來緩解過量硼對根系的毒害。在高濃度硼處理下,水稻的水通道蛋白NIP2;1表達下降,水份含量指標(biāo)(Total water,RWC,SWC)下降,而HRW預(yù)處理緩解了 NIP2;1的表達下降,增強了水稻的吸水力(WUC),并使水份含量上升。同時,過量硼刺激了水稻根部PME相關(guān)基因(PME11、PME14和PME27)的表達,增強了 PME活性,并上調(diào)了 EXP相關(guān)基因(EXPA1和EXPB5)的表達,從而抑制了水稻根系生長;而HRW預(yù)處理則抑制了這些基因的表達,降低了 PME活性,進而緩解了過量硼對水稻根系生長的抑制。3.HRW緩解了過量硼對水稻造成的氧化傷害。高濃度硼環(huán)境下,水稻的TBARS含量明顯上升,而用HRW預(yù)處理水稻種子,抑制了脂氧合酶(lipoxidase,LOX)基因LOX的表達,降低了 LOX活性,從而降低了水稻的TBARS積累,緩解了膜脂質(zhì)過氧化傷害。同時,HRW預(yù)處理促進了抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD,抗壞血酸過氧化物酶APX,過氧化氫酶CAT,過氧化物酶POD)相關(guān)基因的表達,提高了抗氧化酶的活性,從而降低了過量硼造成的氧化傷害。