Exogenous trehalose differentially modulate antioxidant defense system in wheat callus during water deficit and subsequent recovery
调查研究了外源海藻糖在植物缺水和恢复过程中对植物愈伤组织的影响。外源海藻糖可减轻缺水引起的伤害，包括降低MDA 和ROS 的产生，从而提高细胞的生存能力和生物量。添加海藻糖和缺水均会引起一些抗氧化酶（SOD/GR)的高活性和非酶抗氧化剂（AsA/GSH）的增加，但缺水与POD 和CAT 成负相关。通过外源海藻糖清除ROS
的机制主要依赖于非酶抗氧化剂，特别是AsA-GSH 循环，而不是酶机制和海藻糖本身。
（一） 海藻糖是非还原性二糖，缺少还原端使其对热、pH 和Maillard 反应有高抵抗力。海藻糖可在脱水后形成像玻璃一样的结构，给生物结构带来高稳定的影响。
（二） 材料和方法 为了愈伤组织的诱导，谷粒在70%的乙醇中表面消毒1分钟3次，然后在消毒的去离子水中漂洗4次，接着在0.1%的升汞中浸泡6分钟，最后在消毒的去离子水中漂洗4次。胚被无菌的与胚乳分离并放在20ml 的固体培养基上。胚在培养基上培育20天在25°C 黑暗中，获得的愈伤组织转移到新鲜的培养基中培育20天。然后将直径8-10mm 的胚分4组培育，5-10天后，再恢复培养5天。
（三） 结果
1、內源海藻糖及生物量 缺水处理的愈伤组织的海藻糖含量高于CK 低于加入外源海藻（T) 糖的，TW 处理的含量最高。可能是由于缺水引起内源海藻糖的产生，愈伤组织从培养基中吸收了海藻糖。 在缺水处理和其后恢复阶段，小麦愈伤组织干重减少，TW 处理可明显减缓这个现象，外源海藻糖对正常情况下的干重无影响。
2、ROS T和W 处理均增加了H2O2含量和O 2.-的生成速率，TW 与W 相比，可降低H2O2含量和O 2.-的生成速率
3、MDA 含量和细胞活力 T和W 各自可增加MDA 含量，TW 减轻MDA 的增加速率。T 和W 降低细胞活力，TW 可缓解。
4、抗氧化酶 T 处理降低POD 和CAT 活力，稍微增加GR 活力，但对SOD 无影响。
W 增加POD 、CAT 和GR 活力，SOD 活力在缺水5天时增加，10天时减少。TW 降低POD 和CAT 活力与W 相比，与对照相比无明显差别；在缺水10天的处理中增加SOD 和GR 活力，在5天时无影响。在恢复5天后，TW 的SOD 和GR 活力高于W ，但POD 和CAT 低于W 。 TW对于保护POD 和CAT 活力有负作用，在缺水5天时保护SOD 和GR 无作用，在10天时有微小作用。
5、非酶抗氧化剂 T增加AsA 和GSH 含量；W 增加AsA 含量，但降低GSH 含量；TW 对于增加AsA 有额外作用，可减缓缺水引起的GSH 的降低。
（四） 讨论
1. 内源海藻糖和生物量 缺水引起海藻糖的积累，与高温、盐胁迫等一样。海藻糖在胁迫条件下作为保护性代谢物，是许多器官的储存糖源。
2、ROS ROS的产生是植物应对胁迫的早期反应，ROS 的产生和淬灭的平衡被打破，导致对生物大分子的氧伤害，导致细胞死亡。 缺水会增加H2O2含量和O 2.-的生成速率，海藻糖有减小刺激作用。 海藻糖转基因植物和外源海藻糖的加入均可减少ROS 的产生，但可能影响随后的植物防御反应。海藻糖本身不能清除ROS ，包括H2O2和O 2.
3、MDA 含量和细胞活力 当有聚不饱和脂肪酸组成的膜被预氧化时，MDA 产生。T 和W 中MDA 水平增加，TW 可减缓缺水引起的脂质预氧化。脂质预氧化被认为是判定由ROS 引起的伤害的最佳标准。细胞活力与MDA 含量相反。 这些结果表明海藻糖可能在植物生长和发育的调控中起双面作用，特别是在生物胁迫条件下。 尽管外源海藻糖可以减轻缺水引起的不良影响，但在正常情况下，可促进ROS 和MDA 的产生，减
弱细胞活力。海藻糖的积累可能会阻断诱导ROS 的信号途径，减弱在胁迫环境下HR 或PCD 的敏感性。
4、抗氧化酶 在现在的研究中，外源海藻糖在调控SOD 上十分有限。 尽管缺水会增加POD 和CAT 活性，外源海藻糖似乎对这2种酶有相反的作用。
5、非酶抗氧化剂 植物中低水平的GSH 受缺水影响，TW 处理可恢复GSH 水平。GSH 在ASC-GSH 循环中作为还原剂，确保AsA 可重新生成。AsA 可以作为APX 的电子供体，在ASC-GSH 循环中清除H2O2。
6、海藻糖的保护机制 当缺水或结冰时，海藻糖替代水与膜和大分子形成氢键。海藻糖是氢键的有效供体，不仅因为它的2个葡萄糖单元有高度可弯曲性，而且海藻糖可以打破水分子形成的四角形的氢键网络。在缺水时，海藻糖分子分布在酶周围或空间结构中，特别接近酶分子的活性中心，并在酶分子的内部和外部形成像玻璃的状态。因此，酶分子的空间结构可避免失活。 如果海藻糖变成晶体，其保护性影响会减弱或丧失，因为结晶化的海藻糖会从酶分子中分离出来。关于海藻糖保护机制的假说不能独立的完全的解释实验现象，这表明海藻糖的高稳定性是一个复杂的相互作用，涉及到许多不同的分子。
Exogenous trehalose differentially modulate antioxidant defense system in wheat callus during water deficit and subsequent recovery
调查研究了外源海藻糖在植物缺水和恢复过程中对植物愈伤组织的影响。外源海藻糖可减轻缺水引起的伤害，包括降低MDA 和ROS 的产生，从而提高细胞的生存能力和生物量。添加海藻糖和缺水均会引起一些抗氧化酶（SOD/GR)的高活性和非酶抗氧化剂（AsA/GSH）的增加，但缺水与POD 和CAT 成负相关。通过外源海藻糖清除ROS
的机制主要依赖于非酶抗氧化剂，特别是AsA-GSH 循环，而不是酶机制和海藻糖本身。
（一） 海藻糖是非还原性二糖，缺少还原端使其对热、pH 和Maillard 反应有高抵抗力。海藻糖可在脱水后形成像玻璃一样的结构，给生物结构带来高稳定的影响。
（二） 材料和方法 为了愈伤组织的诱导，谷粒在70%的乙醇中表面消毒1分钟3次，然后在消毒的去离子水中漂洗4次，接着在0.1%的升汞中浸泡6分钟，最后在消毒的去离子水中漂洗4次。胚被无菌的与胚乳分离并放在20ml 的固体培养基上。胚在培养基上培育20天在25°C 黑暗中，获得的愈伤组织转移到新鲜的培养基中培育20天。然后将直径8-10mm 的胚分4组培育，5-10天后，再恢复培养5天。
（三） 结果
1、內源海藻糖及生物量 缺水处理的愈伤组织的海藻糖含量高于CK 低于加入外源海藻（T) 糖的，TW 处理的含量最高。可能是由于缺水引起内源海藻糖的产生，愈伤组织从培养基中吸收了海藻糖。 在缺水处理和其后恢复阶段，小麦愈伤组织干重减少，TW 处理可明显减缓这个现象，外源海藻糖对正常情况下的干重无影响。
2、ROS T和W 处理均增加了H2O2含量和O 2.-的生成速率，TW 与W 相比，可降低H2O2含量和O 2.-的生成速率
3、MDA 含量和细胞活力 T和W 各自可增加MDA 含量，TW 减轻MDA 的增加速率。T 和W 降低细胞活力，TW 可缓解。
4、抗氧化酶 T 处理降低POD 和CAT 活力，稍微增加GR 活力，但对SOD 无影响。
W 增加POD 、CAT 和GR 活力，SOD 活力在缺水5天时增加，10天时减少。TW 降低POD 和CAT 活力与W 相比，与对照相比无明显差别；在缺水10天的处理中增加SOD 和GR 活力，在5天时无影响。在恢复5天后，TW 的SOD 和GR 活力高于W ，但POD 和CAT 低于W 。 TW对于保护POD 和CAT 活力有负作用，在缺水5天时保护SOD 和GR 无作用，在10天时有微小作用。
5、非酶抗氧化剂 T增加AsA 和GSH 含量；W 增加AsA 含量，但降低GSH 含量；TW 对于增加AsA 有额外作用，可减缓缺水引起的GSH 的降低。
（四） 讨论
1. 内源海藻糖和生物量 缺水引起海藻糖的积累，与高温、盐胁迫等一样。海藻糖在胁迫条件下作为保护性代谢物，是许多器官的储存糖源。
2、ROS ROS的产生是植物应对胁迫的早期反应，ROS 的产生和淬灭的平衡被打破，导致对生物大分子的氧伤害，导致细胞死亡。 缺水会增加H2O2含量和O 2.-的生成速率，海藻糖有减小刺激作用。 海藻糖转基因植物和外源海藻糖的加入均可减少ROS 的产生，但可能影响随后的植物防御反应。海藻糖本身不能清除ROS ，包括H2O2和O 2.
3、MDA 含量和细胞活力 当有聚不饱和脂肪酸组成的膜被预氧化时，MDA 产生。T 和W 中MDA 水平增加，TW 可减缓缺水引起的脂质预氧化。脂质预氧化被认为是判定由ROS 引起的伤害的最佳标准。细胞活力与MDA 含量相反。 这些结果表明海藻糖可能在植物生长和发育的调控中起双面作用，特别是在生物胁迫条件下。 尽管外源海藻糖可以减轻缺水引起的不良影响，但在正常情况下，可促进ROS 和MDA 的产生，减
弱细胞活力。海藻糖的积累可能会阻断诱导ROS 的信号途径，减弱在胁迫环境下HR 或PCD 的敏感性。
4、抗氧化酶 在现在的研究中，外源海藻糖在调控SOD 上十分有限。 尽管缺水会增加POD 和CAT 活性，外源海藻糖似乎对这2种酶有相反的作用。
5、非酶抗氧化剂 植物中低水平的GSH 受缺水影响，TW 处理可恢复GSH 水平。GSH 在ASC-GSH 循环中作为还原剂，确保AsA 可重新生成。AsA 可以作为APX 的电子供体，在ASC-GSH 循环中清除H2O2。
6、海藻糖的保护机制 当缺水或结冰时，海藻糖替代水与膜和大分子形成氢键。海藻糖是氢键的有效供体，不仅因为它的2个葡萄糖单元有高度可弯曲性，而且海藻糖可以打破水分子形成的四角形的氢键网络。在缺水时，海藻糖分子分布在酶周围或空间结构中，特别接近酶分子的活性中心，并在酶分子的内部和外部形成像玻璃的状态。因此，酶分子的空间结构可避免失活。 如果海藻糖变成晶体，其保护性影响会减弱或丧失，因为结晶化的海藻糖会从酶分子中分离出来。关于海藻糖保护机制的假说不能独立的完全的解释实验现象，这表明海藻糖的高稳定性是一个复杂的相互作用，涉及到许多不同的分子。