当前世界环境

介绍

干旱胁迫被认为是造成渗透胁迫、限制植物生长发育的重要环境因素之一。不同的途径也会受到不同的影响。在整个植物水平上，干旱胁迫的影响通常被认为是光合作用和生长的下降(Asada, 1997)，并与C和N代谢的改变有关。此外，生物和非生物胁迫条件的施加可以引起过量的活性氧物种，导致细胞水平的氧化损伤。因此，干旱胁迫的一个后果是光合作用受到限制，通常伴随着叶绿体中活性氧(ROS)的形成(Smirnoff,1993)，如超氧自由基H₂O₂，羟基自由基(Foyeret al.， 1994)。过氧化氢在叶绿体中毒性特别大，因为即使在低浓度下它也会抑制卡尔文循环酶，因此降低了光合作用的二氧化碳同化作用(武田et al。, 1995)。

植物具有复杂而高效的抗氧化防御系统，由保护性的非酶和酶保护机制组成，其功能是中断某些细胞器中不受控制的氧化级联(Noctorand Foyer, 1998)，并维持抗氧化剂处于还原的功能状态(Schwanz)et al。有效地清除AOS并防止自由基的破坏作用(Shalata和Tal 1998)。

通过超氧化物歧化酶（SOD，EC 1.15.1.1）部分地进行酶保护，其消除超氧化物自由基O.₂ ^-通过过氧化氢酶(CAT, EC 1.11.1.6)和抗坏血过氧化物酶(APX, EC 1.11.1.11)降解H₂O₂影响脂质过氧化水平(Dat等.， 2000和Mittler, 2002)，通常被认为是氧化应激的指标，因为它是由反应性氧（ROS）诱导的。我们的研究旨在通过预扣水对玉米植物中的一些生化和生理参数来探讨干旱胁迫的影响（玉米此外，还阐明了干旱胁迫下玉米植株抗氧化酶的活性。

材料和方法

植物材料和生长条件

玉米种子（玉米l .简历。在0.1％hgcl中浸渍2分钟，胶扎211）表面灭菌_2，此后，用五种无菌蒸馏水洗涤它们。将种子浸泡在不连续曝气的蒸馏水中，在黑暗中浸泡24小时。种子在塑料盆中播种（15厘米直径×20cm高度），充满了洗涤的纯石英砂。将所有罐置于70-80％相对湿度下的生长室，16/8小时/夜周期和控制温度为28/26^oC.光强420μmol m^-2年代^-1．首先用250mL蒸馏水灌溉每个罐，然后偶尔用一定量的水灌溉，以保持土壤含水量常数。缺血日，所有植物均以Hoagland溶液的一半强度浇水。15天后播种一半的植物，通过将水预扣为8天，并以定期的间隔进行抽样。就在收获后，整个植物或解剖器官被呈衬垫干燥并仔细称重以进行新的重量测定，然后在70℃下在热空气烤箱中干燥^oc直到恒定的重量，以获得干重。对于生化分析，收获第二片叶，均匀地用于萃取，或者储存在-20℃下直至直至-Analysis。每个实验重复两次，每种情况下都有20个植物。

碳水化合物成分和蛋白质含量的测定

采用醇提法进行。根据Irigoyen分析还原糖等。（1992），将三毫升改性的纳尔逊试剂加入到5ml糖提取物中。将整体彻底混合在沸腾的管中浸入剧烈沸水浴中15分钟。然后将管快速冷却。将三毫升酰氯钼酸盐试剂进入每个管，轻轻摇动，直至泡腾停止。将有色溶液稀释成已知体积，然后使用分光光度计（吉讷，6305，UK）以700nm测量。根据面包福德（1976）描述的方法测定蛋白质级分，其中将5ml蛋白质试剂*加入到0.1ml萃取物中并通过涡旋混合的内容物。在1小时内以595nm测量吸光度。使用牛血清白蛋白（Fluka，分析等级）从先前构造的标准曲线计算蛋白质的浓度。

色素分析

光合色素叶绿素A，B（CHL。A，CHL.B）和类胡萝卜素（Carot.）根据INSKEY和Bloom（1985）描述的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）方法确定。已知的将植物叶（50mg）在10ml DMF试剂中孵育了已知的将植物叶（50mg）温育，并在4℃下保持黑暗24小时。倾析出含萃取物的颜料，使用分光光度计（jenway，6305，英国）公式和用于测定光合色素的消光系数测量吸光度是：

的背影。a = 12.70.一个_665.- 2.79一个_647.
的背影。B = 20.70.一个_647.- 4.62一个_665.Carotenoids = 4.2一个_453.- （0.0264 chl。a + 0.426 chl。b）
* 100mg考马斯亮蓝G250溶于95%乙醇。然后加入100 ml 85% (w/v)磷酸。结果的溶液被稀释到最后的体积一升，并过滤

的决心脂质过氧化

采用Hodgson and Raison(1991)的方法，测定了叶片组织中丙二醛(MDA)含量作为脂质过氧化程度的指标。用155mm的摩尔消光系数计算MDA浓度^-1厘米¹．

过氧化氢的测定

H水平₂O₂是由Jana和Choudhuri(1982)描述的比色法测量的。H₂O₂消光系数为0.28µmol^-1厘米^-1．

抗氧化酶的提取及活性测定

新鲜玉米叶（≈0.5g新鲜材料）被研磨成液氮中的细粉。将冷冻粉末转移到含有100mm KH的10mL冰冷萃取缓冲液中₂阿宝₄/ K₂HPO₄，pH 7.8,5mm抗坏血酸，400mg不溶性聚乙烯吡啶基吡（PVP），和Triton X-100 (Schwanz等。，1996），混合1分钟，并在冰上孵育30分钟。根据ASADA（1997），APX的洗脱缓冲液另外含有1mM抗坏血酸，以使APX酶保持在活性状态。立即使用纯化的萃取物用于测定超氧化术酶的SOD;过氧化氢酶，猫和抗坏血性过氧化物酶，APX活动。

酶测定

酶测定在25次进行^oC.用于分析和酶研究的allsolutuations用双离子水进行制备。

SOD（EC 1.15.1.1）根据斯图尔特的方法测量活性，并以北美（1980）测量。一种单位的SOD活性是在没有酶的情况下引起50％抑制反应初始速率的酶活性的量。

APX (EC 1.11.1.11)活性按Asada(1997)测定。一个单位的APX是在室温下每分钟氧化1mmol抗坏血酸的酶的量。

通过监测H的分解来测定猫（EC 1.11.1.6）活动₂O₂分光光度在240 nm处(Luck 1965)。一个单位的酶活性等于1mmol的H₂O₂每分钟分解。

结果

干旱胁迫对碳水化合物和蛋白质含量的影响

对受干旱胁迫进行玉米植物叶片碳水化合物馏分变化的研究表明这些级分具有不同的图案。例如，在治疗开始时，干旱胁迫下的总碳水化合物含量从218.2的初始值下降到166mg g^-1试验结束时的DW(图1)。水分充足的植株对应的值分别为218.2和210 mg g^-1DW分别。虽然，含水植物叶片的总可溶性糖含量始终高达140.5 mg^-1实验结束时DW与89.6mg控制（图1）。通常仍然比还原糖基本上依赖于还原糖，但在实验结束时，相对于对照累积的累积含量更大的糖（图1）

水分胁迫植株叶片淀粉含量显著降低，为26.9 mg g^-1试验结束时DW为121.1mg g^-1在井水植物中DW（图1）。

图1: 点击这里查看图

此外，图2中所示的结果清楚地表明，干旱胁迫对玉米植物叶片中的总可溶性蛋白质含量具有明显的影响。因此，当叶片受水胁迫时，与对照相比，蛋白质含量快速下降（图2）。在暴露时间结束时，水胁迫植物叶片中的总可溶性蛋白质为76.8mg^-1而对照组为206.5毫克。

图2：干旱胁迫对叶片蛋白质的影响Zea玉米植物。值是平均值±se。(n = 5)。 点击这里查看图

叶绿素 年代 和类胡萝卜素内容 ．

在玉米叶片中，干旱胁迫导致叶绿素等色素含量普遍下降一个，b和-carotene。这种变化模式并不明显在对照组中，所有色素在统计上没有变化(数据未显示)。叶绿素含量一个，B和-Carotenes在干旱胁迫下的玉米叶片，特别是在实验结束时，分别减少约45和28％和15.2％的对照。结果，CHLa / b干旱胁迫下的比例显着下降（表1）。

表1：叶绿素A和B的变化，总叶绿素含量，总类胡萝卜素和叶绿素A / B叶片在生成的干旱胁迫下玉米叶片中的叶片8天。值表示为相对于对照的增加或减少的百分比。

时间(天)	的背影。一个	的背影。b	总CHL。	车。	的背影一个/b
	％
0	One hundred.	One hundred.	One hundred.	One hundred.	One hundred.
2	81.	86.	97.	96.	92.
4	70	85.	90.	94.	84.5
8	55.	72.	79.3	84.8	72.

过氧化氢含量(H₂O₂)

过氧化氢对植物细胞内的各种生化过程都有负面影响。根据我们的结果，H₂O₂在实验期间（图3A）期间，对照植物中没有显着变化。相比之下，干旱胁迫在发电中引起了一个缺陷₂O₂在干旱的压力期间。治疗8天后，生产H.₂O₂与控制相比，达到最大值，达到46％。尽管H的积累₂O₂ 在水分胁迫的暴露时间内，不会立即导致细胞死亡。

图3：干旱胁迫对过氧化氢的影响（H.2O2)和脂质过氧化(MDA)含量Zea玉米植物。值是平均值±se。(n = 5)。 点击这里查看图

血浆膜的脂质过氧化

通过水应激引起的描述损坏之一是膜损伤。该氧化突发导致脂质过氧化的结果。通过量化丙二醛（MDA）的量来测量过氧化。ASSHOWN在图3B中，MDA生产显着随着伤剂而增加，水分应激增强。在暴露期结束时，控制叶仅产生7.99μmolMDAg^-1FW，而干旱胁迫大大增加MDA，达到15.9μmolMDAg^-1FW。

干旱胁迫对抗氧化酶的影响

研究了干旱胁迫对玉米叶片中SOD、CAT、APX等几种重要抗氧化酶活性的影响，结果如图4所示。结果清楚地表明,干旱胁迫导致显著增强SOD的活动,猫和APX型(Fig.4A B和C),在4天的治疗几乎达到最大valuesamounted to123%, 21%和67%,分别相对于最初的活动是控制而保持atcontrol水平。

图4:干旱胁迫对紫花苜蓿叶片抗氧化酶活性的影响Zea玉米植物。价值是 意味着±SE。(n = 5)。 点击这里查看图

然而，在干旱胁迫治疗4天后，这些抗氧化酶的活性趋于降低。在实验期间观察到这些酶的这些酶活性的显着变化。然而，SOD，猫和APX活动的阳性反应保持在整个压力处理。

讨论

碳水化合物含量的显着性增加似乎参与了渗透调节。在干旱胁迫2天后叶片叶片相对于Thectrol植物增加13％。随着压力的进展，总可溶性糖中的增量更明显（图1）。虽然，未降低的可溶性糖浓度仍然仍然较高，但是降果仍然掉了较高。Wardlaw和Willenbrink（1994）据报道，叶片减少糖的变化通过转化酶活性的变化平行于叶片中的蔗糖合成酶活性，在叶片中连续增加，与所获得的Contelsults（1998）的发现结果一致，其中干旱胁迫的酶活性增加，以及不降低糖积累。

当不喝水时，玉米的第一个应激信号涉及糖代谢的显著变化。根据我们的结果，观察到的可溶性糖浓度的变化可能是干旱胁迫比光合作用更抑制生长的结果，以及野生物种在干旱胁迫下固定碳分配到蔗糖的增加(Quick等。，1992）。这种可溶性糖镁的积累与OsmoreGulation和干燥耐受性有关（野兔等.， 1998)有助于植物存活。

在玉米Sugarmetabolism中观察到的大型改变在溶于叶片蛋白的激烈减少之前。这些蛋白质是与应激反应相关的，例如冷冻，渗透和盐胁迫和病原体发作（陈等。，1994年，云等。，1996，1998年和葬礼等, 1998)。因此，玉米的水响应似乎具有与其他物种（Tabaeizadeh 1998）所取得的建议的其他对手共同的特征。

叶绿素，类胡萝卜素和光合速率

干旱胁迫诱导光合仪的变化和叶绿体的膜渗透效果。这一事实可能是叶绿素降解和/或合成缺乏的结果，其降低了类蛋白膜完整性（Tabaeizadeh 1998）。在本研究中，叶绿素胁迫下叶绿素含量的下降可以通过叶绿体基质薄片的早期结构丧失来解释，含有照相I和大部分叶绿素A，（Loggini等，Al.1999）。光素收集和精度的光脱模可能有助于这种变化（迪恩et al。，1993）。此外，干旱胁迫降低了保持光合仪的能力。然而，在我们的研究中发现，干旱胁迫的影响可能遵循与在衰老期间观察到的那些相似的过程，严重影响这些参数，因此可以预期叶绿体水平的干旱胁迫的激烈效果（Tabaeizadeh 1998）。此外，抑制可能随着叶绿素降解速率的增加而连接（曲等.， 1992)，通过干旱胁迫对叶绿素结合蛋白的影响，导致可能导致这种变化的叶绿素的破坏(Abdel Nasser, 2000)。此外，叶绿素含量的降低也可能是脂质过氧化的植物毒性后果，并与光化学效率的降低有关。此外，叶绿素的比例a / b对干旱胁迫处理更为敏感，表明Chl一个更容易受到水分胁迫，比chlb．这可以用叶绿素减少这一事实来解释一个可以通过转化成叶绿素来解释吗b通过环II上的甲基氧化至醛（芳等, 1998)。在这方面，西斯卡托等。（1997年）报告称CHL的减少a / b玉米植物中的比例可能是由于干旱胁迫对照相系统II（LHC II）的光收集复合物的直接影响。通常，叶绿素减少a / b衰老期间观察到的比例（院长et al。，1993），暗示干旱胁迫治疗诱导较低的合成率和叶绿素的积累一个．

血浆膜和H的脂质过氧化₂O₂内容。

脂质过氧化已被证明是在衰老期间是膜劣化和拆卸的一种原因，并且与大多数植物膜疾病有关（Marengoniet al。干旱胁迫伴随丙二醛(MDA)含量增加表示肾脏过氧化和氧化应激。如其他环境应力的干旱胁迫会产生强大的氧化的产生，这带来了脂质过氧化，表明紫花状膜中的脂肪酸是干旱应激损伤的靶标。这可以通过激活毒性o来实现₂然后攻击脂肪酸链的分子导致膜损伤增加，玉米叶片中MDA的形成相应增加。因此，干旱胁迫诱导的效应可能反映了质膜结构的一些改变，如膜的物理性质的变化，反映了由于代谢过程的改变而导致的化学成分的变化(Navari-Izzo)等。，1996）。此外，在本研究中，H的积累₂O₂（图4A），其作为暴露于干旱胁迫的植物中的氧化还原信号分子（Mehdy 1994）。已经提出了h₂O₂作为植物细胞在暴露于诸如热(Dat)等环境胁迫下的第二信使et al。, 1998),和病原体(莱文等等。，1994)。尽管如此,H₂O₂通过容易氧化含巯基的酶抑制叶绿体含巯基的酶，它诱导涉及过氧化物酶激活的一个协调的反应序列。因此，保持植物细胞中H的水平是非常重要的₂O₂低或有效地清除它。

抗氧化防御机制。

在各种非生物胁迫下产生的反应性氧物质对脂质，蛋白质和颜料非常损害，除非它们被抗氧化酶如SOD，CAT和APX（ASADA等，1998）迅速清除，以维持任何活性氧物种的浓度形成在相对较低的水平。Shalata和Tal（1998）建议，植物对环境压力的抵抗可能依赖于ROS生产的抑制或增强抗氧化剂的水平。此外，某些基因型对环境胁迫的较高耐受性与较高的抗氧化酶活性有关。抗氧化系统中观察到的变化可能是非特异性细胞降解过程的结果。然而，另一种可能性是干旱胁迫触发了植物细胞共同的防御途径，就像其他生物或非生物环境胁迫一样。在fact, electronspin resonance studies have shown that water-stressed plantsdisplayed elevated concentrations and production rates of superoxideradicals (Price and Hendry 1991).

在玉米植物中，已经存在氧化胁迫的症状，例如在干旱胁迫下的SOD总活性的增加，并保留了其大部分抗氧化物处理，这可以解释对照植物的氧化损伤是初始的植物比较植物的初始诱导。本研究表明，与对照相比，干旱胁迫诱导的APX活性增加并保持在较高水平，表明该酶的活性的增加可以至少部分地归因于基底积聚。因此，增加的APX activitycould是防止氧化损伤的保护（Tabaeizadeh，1998）。an的额外功能在干旱胁迫下的APX活性增加可能与细胞壁性质有关，可能对止蛋白令应对应对的可能性很重要压力。由于干旱胁迫导致形成活性氧。

确认

作者们致力于通过研究小组没有RGP-VPP 297，对Saud大学的科学研究院长致谢赞赏。

参考文献