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《南京农业大学》 2000年
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盐胁迫下植物体内多胺和脯氨酸代谢及其相互关系的研究

赵福庚  
【摘要】: 以盐生植物盐地碱蓬、碱蓬和具有一定抗盐能力的淡土植物大麦以及对盐 分敏感的玉米为材料,系统研究了盐处理下不同形态多胺和Pro代谢的变化机 制、二者相互关系及对植物耐盐性的影响,鉴定了不同形态多胺在细胞膜系统 上的定位,并对未知多胺PAx进行纯化和分子量测定。 研究结果表明,不同浓度NaCl处理下,随Pro代谢关键酶P5CS(吡咯啉- 5-羧酸合成酶)、Arginase(精氨酸酶)、OAT(鸟氨酸氨基转移酶)、GDH(谷 氨酸脱氢酶)和ProDH(脯氨酸脱氢酶)活性的变化,Pro含量上升4~11倍。 随多胺代谢关键酶ADC(精氨酸脱羧酶)、ODC(鸟氨酸脱羧酶)、TGase(转 谷酰胺酶)和PAO(多胺氧化酶)活性的变化,游离Put含量明显上升,游离 Spd、未知多胺PAx和结合态多胺在低浓度NaCl处理时含量上升,盐浓度过高 时含量明显下降,Spm含量变化不明显。△RGR/△NaCl(NaCl每提高单位浓度 时植株相对生长速率的下降值)可以代表5个供试材料耐盐性的大小,逐步回 归分析筛选出三个与供试植物耐盐性关系密切的多胺和Pro代谢相关参数,得 回归方程Y=2.399+3.197X_1+0.165X_2-0.365X_3,其中Y为1000△RGR/△NaCl,X_1 为100△f(Spd+PAx)/fPut·△1/NaCl(NaCl每提高单位浓度时f(Spd+PAx) /fPut比值的下降值,淡土植物取根系,盐生植物取叶片),X_2为1000△fPA/bPA· △1/NaCl(NaCl每提高单位浓度时游离态多胺/结合态多胺比值的上升值,淡 土植物取根系,盐生植物取叶片),X_3为100△Pro/(Arg+Glu)·△1/NaCl(NaCl 每提高单位浓度时Pro/(Arg+Glu)比值的上升值,淡土植物和盐生植物均取 叶片),其中X_1偏回归系数的t检验达到极显著水平,X_2和X_1偏回归系数的t 检验为显著水平,表明X_1最能反映植株耐盐性的大小。 随NaCl浓度的上升,5个供试材料的渗透调节能力明显提高,表明植物受 到盐胁迫时均具有通过渗透凋节维持体内水分平衡的能力,盐处理下Pro积累 的作用机制之一在于进行渗透凋节,游离多胺的主要作用机制则不是渗透调 节。 以大麦为材料用不同浓度外源Spd、Put及二者混合物结合100mmol/L NaCl 处理后,检测了共质体内f(Spd+PAx)/fPut比值的变化,结果表明,在本实 验的盐度范围内不影响大麦生长的叶片和根系共质体内f(Spd+PAx)/fPut比 值分别为1.3~2.3和1.0~3.1,促进生长的比值分别大 约为 1.7—2刀和】.8~2石。 解除盐处理后碱蓬植株多胺和 Pro降解酶活性明显上升,两种形态多胺和 Pro迅速吩解,其中结合态多胺降解快于游离态多胺。表明盐处理过程中积累 的不同形态多肢(特别是结合态多胺)和 Pro可以在解除盐处理过程中迅速降 解,以作为植物恢复生长的N、C米源。 以碱蓬为材料研究了多胺代谢抑制剂和 ABA对多胺和 Pro代谢的化学调 控,结果表明,盐处理下盐生植物碱蓬体内催化游离Put合成的关键酶为ODC。 盐处理后体内存在一条不受 SAMDC旧-腺昔齿氦酸脱梭酶)控制的即d合成 途径。盐处理后游离态多胺中Put向结合态的转化率最高,故结合态多胺的形 成是提高体内 f(Spd+PAX)/fPUt的重要途径之一。ABA处理可造成盐处理卜 碱蓬植株两种形态多胺和游离 Pro含量明显上升,导致 f(SPd+PAx)/fPut明 显提高。 以人支为材料用’℃-Gin和“C-Afg作为饲喂底物,检测了多胺和 Pro代谢 的相上大系,结果表明,人主体内多胺合成比Pro合成对盐胁迫更敏感。盐胁 迫促进了人支体内多胺合成的AFg途径,对Orn途径没有影响。人卖苗体内存 在 Afg、Orn-Pro途径,盐胁迫激活了 Pro合成的 G山途径和 Orn途径,胁迫 sh以前Pro积累主要受口山途径控制,随后Orn途径对Pro积累的贡献山主导 地位,耐盐品种Orn途径的激活程度人厂盐敏感品种,表明盐胁迫卜Om途径 的激迁对人主耐盐性的提高具有重要意义。盐胁迫F多胺与Pro合成存在底物 党争,二肴克争共同前体Arg。 检测了不同形态多胺在耐盐大麦品种鉴4膜系统上的定位以及NaCI处理 对膜蛋白合成的影响。结果表明,大麦幼苗质膜、液泡腥、根系线粒体膜和叶 片类囊体腆微囊和膜蛋白上均存在非共价键和共价键结合的多胺,其中液泡膜 上多胺种类最丰富,含量最高,低浓度盐处理时液泡膜上多胺含量明显上升。 说明液泡膜上两种形态多胺在细胞盐适应中起到了重要作用。不同浓度NaCI 处理后膜上多胺和“C-G山向膜蛋白的掺入均发生不同程度变化,ABA能促进 ‘忙-口山向膜蛋白的掺入。膜蛋白合成与膜上两种形态多胺含量间呈极显著止相 0 大关系,其中非共价键结合多肢与膜茧肉合成的关系更显著。表明膜上多胺对 膜蛋白合成具有重要意义. 盐处理后在供试植物体内检测到了一种含量丰富的未知多胺PAX,层析板 上的Rf为0.92,盐处理后其含量发生明显变化。该多胺在所检测的大麦膜系 统中只存在于根
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