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以盐敏感水稻品种武运粳8号为材料,研究了盐胁迫对其根尖细胞程序性死亡(PCD)的诱导,以及诱导早期活性氧和抗氧化酶活性的变化。结果表明：高浓度盐(500 mmol/L)胁迫后,水稻根尖细胞呈现明显的PCD特征,例如:DNA片段化,细胞核浓缩变形以及TUNEL阳性反应。这些细胞核事件从胁迫处理4 h后开始出现,随着时间延长,更加明显。盐胁迫处理同时引起细胞色素c从线粒体释放到细胞质,该现象在胁迫处理2 h即被现察到,早于上述细胞核事件。对PCD早期活性氧水平和抗氧化酶活性研究表明：胁迫处理后,胞内H2O2含量以及超氧阴离子产生速率迅速增加,同时伴随抗氧化酶活性的短暂升高以及随后的下降。以上结果表明,盐胁迫能够诱导水稻根尖细胞发生PCD;伴随PCD早期的活性氧爆发,抗氧化酶活性短期增加,随着胁迫时间延长,活性迅速下降,造成活性氧积累,当其达到一定阈值后,触发PCD下游事件。
为了更清楚地揭示PCD早期事件的发生,三价镧离子(钙离子通道抑制剂)被选用。结果表明,低浓度(10 μmol/L)氯化镧能够显著缓解盐胁迫诱导产生的PCD,但高浓度(100 μmol/L)氯化镧的缓解作用不明显。进一步研究证明,PCD早期,低浓度氯化镧抑制了细胞内钙离子水平上升,明显降低了细胞中活性氧的产生,并不同程度地提高了活性氧清除酶的活性。外源添加NADPH氧化酶抑制剂咪唑同样缓解了盐胁迫诱导的PCD,且与氯化镧对PCD的缓解具有叠加效应,说明NADPH氧化酶参与盐胁迫诱导的PCD。综合上述结果,三价镧离子可通过抑制胁迫条件下的钙内流,在抑制质膜钙依赖型NADPH氧化酶活性以减少超氧阴离子产生、增强胞质抗氧化酶活性以清除活性氧这两个途径上降低PCD早期活性氧水平,从而抑制盐胁迫诱导的水稻根尖细胞PCD的发生。
已知线粒体在细胞程序性死亡中发挥重要作用。研究进一步对于水稻根部细胞PCD早期,线粒体所起到的作用进行了检测。结果表明,PCD诱导2h时,线粒体完整性略有降低,该现象与cyt c的微弱释放相一致。同时,2h-PCD诱导抑制了电子传递,导致线粒体内活性氧上升。但不同的是,ATP产生维持在较高水平。为了揭示上述差异的分子基础,进一步应用IEF/SDS-PAGE和BN/SDS-PAGE研究了线粒体可溶性蛋白质以及电子传递链复合体亚基的变化。首先采用IEF/SDS-PAGE分离线粒体可溶性蛋白质,鉴定结果表明变化蛋白质分别参与电子传递、活性氧代谢、蛋白质折叠与降解等生化途径。随后采用BN/SDS-PAGE分离线粒体电子传递链复合体,结果表明电子传递链多个复合体的亚基表达下调,说明电子传递受到抑制；而ATP合酶部分亚基上调,随后ATP合酶亚基的免疫检测亦支持该结果,暗示线粒体内ATP合酶上升可能是高ATP水平维持的一个基础。