紫花苜蓿种子吸胀期胚根线粒体AsA-GSH循环对低温胁迫的响应

doi:10.11686/cyxb2022272

摘要/Abstract

摘要：

为探究胚根线粒体抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环响应低温胁迫的抗氧化作用机制，以紫花苜蓿种子为材料，研究了不同温度（10和20 ℃）处理下发芽特性、不同吸胀时间（6、12和24 h）胚根线粒体AsA-GSH循环酶活性、抗氧化物以及过氧化氢（H₂O₂）含量的变化规律。结果表明，吸胀12和24 h后，10 ℃处理的胚根线粒体H₂O₂含量高于20 ℃。吸胀24 h期间，10 ℃处理的胚根线粒体谷胱甘肽还原酶（GR）活性均低于20 ℃。吸胀12和24 h后，10 ℃处理的胚根线粒体抗坏血酸（AsA）含量均低于20 ℃。10 ℃条件下吸胀24 h后，与20 ℃处理相比，胚根线粒体谷胱甘肽（GSH）含量显著降低（P<0.05）。苜蓿种子在10 ℃条件下吸胀萌发时，主要通过降低AsA-GSH循环中GR、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、过氧化物酶（POD）活性和AsA、GSH含量，使胚根线粒体内的H₂O₂积累，产生氧化损伤，继而影响种子萌发的正常进程。

关键词: 紫花苜蓿, 低温胁迫, 线粒体, 抗氧化酶, 抗氧化物, AsA-GSH循环

Abstract:

This study investigated the response to low temperature stress of the ascorbic acid-glutathione （AsA-GSH） cycle in radicle mitochondria of alfalfa（Medicago sativa） seeds. Alfalfa seeds were germinated at two temperatures （10 or 20 ℃） and during imbibition antioxidant mechanisms， including hydrogen peroxide content， AsA-GSH cycle enzyme activity and antioxidant content were measured in radicle mitochondria imbibed for different times （6， 12 and 24 h）. It was found that the H₂O₂ content of radicle mitochondria under low temperature （10 ℃） was higher than that under normal temperature （20 ℃） after 12 and 24 hours imbibition. The glutathione reductase （GR） activity of radicle mitochondria at 10 ℃ was lower than that at 20 ℃ after imbibition for 6， 12 and 24 h. After 12 and 24 h imbibition， the ascorbic acid （AsA） content of radicle mitochondria at 10 ℃ was lower than that at 20 ℃. After 24 h imbibition under low temperature stress， the glutathione （GSH） content of radicle mitochondria decreased significantly （P<0.05） compared with seeds imbibed at normal temperature. During imbibition under low temperature， the normal process of seed germination was inhibited by oxidative damage， mainly through decrease in the activities of GR， monodehydroascorbate reductase， and peroxidase and decreased levels of AsA and GSH in the AsA-GSH cycle， which led to the accumulation of H₂O₂ in the radicle mitochondria.

Key words: alfalfa, low temperature stress, mitochondria, antioxidant enzyme, antioxidant, AsA-GSH cycle

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图/表 8

图1 不同温度条件下紫花苜蓿种子吸胀过程

Fig.1 Imbibition of alfalfa seeds under different temperature

图2 不同温度下紫花苜蓿种子发芽特性变化*表示不同温度处理之间差异显著（P<0.05）。* indicate significant differences under different temperature at the 0.05 level.

Fig.2 Changes of germination characteristics of alfalfa seeds under different temperature

图3 紫花苜蓿种子吸胀期间胚根线粒体内H2O2含量的变化*表示同一吸胀时间不同温度处理之间差异显著（P<0.05），下同。* indicate significant differences under different temperature at the 0.05 level. The same below.

Fig.3 Changes of H2O2 content in radicle mitochondrial of alfalfa seeds during imbibition

图4 紫花苜蓿种子吸胀期间胚根线粒体内GR和MDHAR活性的变化

Fig.4 Changes of GR and MDHAR activity in radicle mitochondrial of alfalfa seeds during imbibition

图5 紫花苜蓿种子吸胀期间胚根线粒体内CAT和POD活性的变化

Fig.5 Changes of CAT and POD activity in mitochondrial radicle of alfalfa seeds during imbibition

图6 紫花苜蓿种子吸胀期间胚根线粒体内AsA和GSH含量的变化

Fig.6 Changes of AsA and GSH content in radicle mitochondrial of alfalfa seeds during imbibition

图7 基于苜蓿种子线粒体抗氧化相关指标的聚类分析

Fig.7 Cluster analysis based on mitochondrial antioxidant related indexes of alfalfa seeds

图8 苜蓿种子胚根线粒体AsA-GSH循环对低温胁迫的响应示意图I、II、III、IV和 V分别表示NADH、琥珀酸氧化还原酶、细胞色素C氧化还原酶、细胞色素C还原酶和ATP合成酶；□表示10 ℃/20 ℃，红色代表上升，白色代表不变，蓝色代表下降，从左到右依次为吸胀6、12和24 h。I， II， III， IV and V represent NADH， succinic acid oxidoreductase， cytochrome C oxidoreductase， cytochrome C reductase and ATP synthase， respectively. Square represents 10 ℃/20 ℃， red square represents a significance increase， white square represents insignificance decrease， blue square represents a significance decrease， from left to right： Imbibition 6， 12 and 24 h. MDHAR、DHAR、GSSG和DHA分别表示单脱氢抗坏血酸还原酶、脱氢抗坏血酸还原酶、谷胱甘肽和氧化型抗坏血酸。MDHAR， DHAR， GSSG and DHA represent monodehydroascorbate reductase， dehydroascorbate reductase， glutathione and oxidized ascorbate， respectively.

Fig.8 Response diagram of mitochondrial AsA-GSH cycle in alfalfa seed radicle to low temperature stress

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