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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

  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……   
[关键词]:供试植物;盐处理;多胺;Pro;未知多胺PAx;膜上定位;耐盐性;代谢相互关系
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南京农业大学2000年