盐胁迫对大豆光合作用和抗氧化系统的影响及其调控机制

盐胁迫是严重影响植物生长，导致农作物减产的主要非生物因子之一。由于我国耕地盐碱化的日趋严重，对我国的农作物生产已构成较大威胁，而大豆是我国主要的农作物，如何提高大豆耐盐能力的研究对我国农业的发展具有较大的现实意义。通过不对称体细胞杂交技术，已从耐盐低产的野生大豆（Glycine cyrtolova ACC547）和盐敏高产的栽培大豆（Glycine max Melrose）杂交后代中，筛选到一些耐盐高产的大豆株系，其中以稳定遗传的后代S111-9较为突出。这些不同的耐盐基因型大豆，为我们提供了良好的研究材料。本研究通过比较不同盐胁迫条件对这些大豆光合和抗氧化系统的调控机制，以阐明大豆光合器官耐盐的生理生化及分子机制，拓宽对大豆耐盐机理的了解。主要结果如下： 栽培大豆（Melrose）和杂交大豆（S111-9）的光合速率随着盐胁迫浓度的升高而下降，但栽培豆中的下降幅度较杂交豆的大。S111-9中光合的下降与气孔导度（gs）及胞间CO2浓度（Ci）的下降成正相关，而Melrose中的光合下降只和gs成正相关。只有高浓度的盐胁迫才导致二种大豆PSII最大光化学效率（Fv／Fm）下降，但光化学猝灭（qP），PSII实际光化学效率（F PSII），相对电子传递速率（ETR）和Rubisco羧化活性在Melrose中受盐胁迫显著下降，而在S111-9中则无显著影响。盐胁迫导致S111-9和Melrose净光合速率下降的原因不同：前者主要是由于气孔因素引起的，而后者主要归因于非气孔因素。其中，盐胁迫导致Melrose光合关键酶Rubisco初始活力和总活力的显著下降是导致其净光合下降的主要原因。Melrose中Rubisco活性的下降与盐诱导的LSU表达的下降存在一定的正相关，而盐对rbcL转录水平的影响不大，说明其调控主要始于转录后水平。 盐胁迫对栽培大豆（Melrose）的氧化损伤比对野生大豆（ACC547）的严重，具体表现在MDA，EL，O2-和H2O2等含量在栽培大豆中受盐胁迫增加的幅度较大。对同一植株而言，根中的增幅要大于叶片。一些活性氧清除剂如SOD，POD,CAT活性在野生大豆中受盐诱导上调的幅度较大，但CAT活性在二种不同耐盐大豆根中均没检测到。在栽培大豆中，除了高浓度盐对根中的SOD活性略有上调外，其它浓度盐胁迫对栽培大豆叶及根中抗氧化酶的影响都不明显。盐胁迫导致酶活性的上升伴随着相应同工酶酶谱的增加。这尤其表现在对野生大豆根中POD的诱导，POD活性在根中受诱导程度较叶中大，说明POD是大豆根中主要的H2O2清除剂。盐胁迫导致植物细胞内的离子平衡失调，野生大豆较栽培大豆有更好的调节离子平衡的能力。野生大豆能将吸收的Na+更多地积累在根部，从而减少叶中的Na+含量，而栽培大豆则将更多的Na+积累在叶，同时过多的Na+吸收影响其对K+的吸收，从而使K+／Na+比下降，而野生大豆在吸收Na+的同时还能维持K+的正常吸收。 盐胁迫促进了栽培及野生大豆叶中的GR活性，却抑制了根中的GR活性。相比，野生大豆叶中的GR上升幅度较栽培豆的大，而根中的GR下降较栽培豆的小。盐胁迫促进了野生大豆叶及根中的MDHAR活性，在根中的促进作用更明显。相比，野生豆中的DHAR活性受盐胁迫的影响不大。在栽培大豆中，除根中的MDHAR活性因盐胁迫而显著下降外，盐处理对其叶的MDHAR活性，根及叶的DHAR活性均影响不大。相比盐对这些抗氧化酶的影响，盐对非酶抗氧化剂GSH、ASC及GSH／GSSG、ASC／DHA的影响更加显著。盐胁迫，尤其是胁迫后期对野生大豆的GSH、ASC及GSH／GSSG、ASC／DHA均有显著的促进作用，而在栽培大豆中，这些指标受盐胁迫后或保持不变，或略有下降，尤其是GSH／GSSG和ASC／DHA在根中的下降较为显著。说明这些非酶抗氧化剂在野生大豆耐盐中起着较为重要的作用。 作用光关闭后瞬时荧光上升的变化表明，盐胁迫（50mM）对野生大豆围绕光系统I（CEF1）循环电子流的促进作用大于栽培大豆，盐胁迫导致野生大豆的最大光化学效率下降小于栽培豆。盐胁迫下野生大豆CEF1的上升伴随着盐对其离体类囊体膜LHCII磷酸化的促进。盐可诱导野生大豆离体类囊体膜LHCII暗中的磷酸化，并对其光下的磷酸化起促进作用，然而盐对栽培大豆离体类囊体膜的LHCII暗中磷酸化不起作用，盐甚至抑制其在光下的磷酸化。光合电子传递抑制剂（DCMU，DBMIB）能够抑制栽培大豆光和盐诱导的离体类囊体膜LHCII的磷酸化，但对野生大豆光及盐诱导的离体类囊体膜LHCII磷酸化的抑制作用较弱。这些结果表明盐胁迫能诱导野生大豆的光合机构向状态Ⅱ转换，有利于激发能在两个光系统间的分配，而栽培大豆则缺少这种调节机制。