（植物学专业论文）nacl胁迫对盐地碱蓬根、茎、叶液泡膜hatpase和hppase活性的影响.pdf

n a c l 骄追对盐地碱蓬报、摹，叶嫒泡蟆谨- a t p a s e 黍 谨- p p a s e 活性的影响 独创声明 y 一5 9 8 8 5 g 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 ( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或 证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：包荦音 导师签字： 多寥如 签字日期：2 0 0 4 年驴月如日签字日期：2 0 0 4 年华月z 舅日 豪鉴俸帮、导颤矗帚 鸯全文公帮 n a c i 瞬迫对盐迪碱蓬根、茎、时渡泡骥1 4 + - a t p a s e 甬| h 。- p p a s e 滔性的影响 n a 0i 胁迫对盐地碱蓬根、茎、叶液泡膜h + - a t p a s e 和 h + - p p a s e 活性的影响 摘要 盐渍条件下，稀盐盐生植物可通过将n a + 等有害离子区域化到液泡中以缓解盐害。 n a + 的区域化主要依赖于液泡膜n a + h + 逆向转运蛋白的运转，而液泡膜质子泵 ( v 一1 4 + a t p a s e 、v h + 一p p a s e ) 为其提供质子驱动力。本实验以典型的稀盐盐生植物 盐地碱蓬为材料，2 0 0m m o l ln a c l 处理后测定有关生理指标及不同器官中 v h + - a t p a s e 和v h + p p a s e 的活性，并对v h + - a t p a s e 和v h + 一p p a s e 进行了w e s t e r n b l o t 和n o r t h e r nb l o t 分析，旨在探讨v 一旷a t p a s e 和v h + - p p a s e 对n a c l 胁迫响应的 器官组织差异及其与抗盐性的关系。主要结果如下： 1 n a c i 处理对盐地碱蓬叶、茎和根生长的效应 2 0 0m m o l f ln a c l 显著促进盐地碱蓬的生长，且对盐地碱蓬不同器官生长的促进 作用不同，显著促进叶和茎的生长，而根的生长在盐胁迫下保持稳定，可见盐处理对 盐地碱蓬生长的影响具有器官特异性。 低盐度生长条件下，盐地碱蓬有强烈的聚n a + 作用。盐处理后，盐地碱蓬不同器 官中细胞汁液的n a + 浓度较对照均显著增加，叶和茎细胞汁液中的n a + 浓度显著高于 根部，分别为根的6 4 倍和7 5 倍，约占整株n a + 含量的9 3 ，而根中n a + 含量较低， 只占7 左右。盐处理导致盐地碱蓬各器官细胞汁液的k + 浓度较对照均显著降低，但 植株的生长却明显好于对照，说明细胞内k + 浓度在一定范围内的降低对盐地碱蓬的 生长没有影响。细胞汁液n a + 浓度的升高及k 十浓度的降低必然导致n a + k + 比较对照 的显著增加。可见盐她碱蓬根部的作用不在于积盐，而是通过吸收大量n a + 和一定量 k + ，并将绝大部分离子输送到叶和茎中积累以进行渗透调节，保证植物在盐渍条件下 能够维持正常的生长状态。作为积盐植物，盐地碱蓬的叶和茎是主要的积盐器官。 2 n a c i 处理对盐地碱蓬根、茎、叶的v r i + - a t p a s e 活性及亚基表达的效应 在对照和2 0 0n m a o l l n a c i 处理条件下，盐地碱蓬各器官中v h + - a t p a s e 的活性 大小顺序均为：叶 茎 根。n a c i 处理后，盐地碱蓬叶和茎中v h + 一a t p a s e 水解活 性较对照均显著增加，根中该酶活性的增加不显著。蛋白印迹分析显示盐地碱蓬叶和 茎中v h + 一a t p a s ea 亚基在对照和n a c l 处理时均有明显表达，且除a 亚基7 0k d a 带外都存在另外两条带。它们可能是a 亚基发生部分降解的产物，也可能由于a 亚 基在叶和茎中存在异构现象。v h + - a t p a s ea 亚基在根中的蛋白表达量低于叶和茎， n a c i 胁追对盐地碱蓬根、茎、时渡泡膜t t 。- a t p a s eg , h 1 p p e 活性盼影响 但受到盐胁迫的诱导。对v h + a t p a s e 全酶的蛋白印迹分析显示，盐地碱蓬各器官 v h + a t p a s e 的亚基种类在n a c i 处理后没有变化。盐胁迫明显诱导盐地碱蓬各器官 b 、c 亚基的蛋白表达量，而叶和茎中a 亚基的表达量较对照没有明显变化。叶中各 亚基的表达量大于茎中，根中表达量最低。对盐地碱蓬叶、茎和根总r n a 的n o r t h e r n b l o t 分析表明盐胁迫明显诱导了盐地碱蓬各器官v h + - a t p a s e 的b 、c 亚基基因转录 的协同增强，亚基基因的转录水平叶中高于茎中，根中最低，这种变化趋势与盐地碱 蓬不同器官v h + 一a t p a s e 亚基的蛋白表达量及酶活性相一致。 3 n a c i 处理对盐地碱蓬根、茎、叶的v h + - p p a s e 活性及亚基表达的效应 完全h o a g l a n d 营养液培养条件下，盐地碱蓬各器官中v 旷一p p a s e 活性的大d , j l 顷 序为：叶 茎 根。n a c l 处理后，盐地碱蓬叶中v h + 一p p a s e 的水解活性较对照降低， 但不明显，茎和根中v h + p p a s e 的水解活性较对照都有显著增加。n a c i 处理后，盐 地碱蓬各器官中v h * - p p a s e 活性的大d , j l 哽序为：茎 叶 根。对盐地碱蓬根、茎、 叶液泡膜微囊v h + - p p a s e 的w e s t e mb l o t 分析表明，n a c i 处理后，盐地碱蓬叶和茎 中v h + p p a s e 的蛋白表达量与对照相比增加，而根中v h + p p a s e 在印迹图上没有显 示出来，但是检测到了根液泡膜h + p p a s e 的水解活性，所以可能是v h + 一p p a s e 在盐 地碱蓬根中表达量太少的缘故。 总之，在盐渍条件下，盐地碱蓬的叶、茎和根在生长、离子积累、液泡膜质子泵 活性及其在转录和翻译水平的表达等方面存在明显差异。说明盐胁迫下，盐地碱蓬的 耐盐性受多种因素影响，盐地碱蓬不同器官在植株耐盐方面的作用和地位不同，盐胁 迫下盐地碱蓬液泡膜h + a t p a s e 与h + - p p a s e 活性的变化及其蛋白表达量的变化与细 胞汁液中n a + 的积累相一致，可见液泡膜质子泵在n a + 区域化中起重要作用。盐地碱 蓬的叶和茎是主要的积盐部位，而v 矿a t p a s e 可能是与盐地碱蓬耐盐有关的主要的 质子泵。 关键词：盐地碱蓬n a c i 胁迫v h + 一a t p a s ev h + 一p p a s en a + 区域化n o r t h e r n b l o tw e s t e r nb l o t 器官组织特异性 分类号：q 9 4 5 7 8 n a c l 。胁追对敲地碱蓬根、茎、时液泡膜 r - a t p a s e 和t f - p p a s e 活性的影响 e f f e c t so fn a g is t r e s so nt h ea c t i v i t i e so ft o n o p i a s th + - a t p a s e a n dh - _ p p a s einr o o t s s t e m sa n de a v e so fs u a e d as ai s a a b s t r a c t i nas a l i n ee n v i r o n m e n t ，s a l t - d i l u t i o nh a l o p h y t e sa l l e v i a t es a l t t o x i c i t yt h r o u g ht h e c a p a c i t yo fs e q u e s t r a t i n gn a 十i n t ot h ev a c u o l e t h et r a n s p o r t a t i o n o fn a + a g a i n s tt h e c o n c e n t r a t i o ng r a d i e n tf r o mt h ec y t o p l a s mi n t ot h ev a c u o l ev i a t h et o n o p l a s tn a + h + a n t i p o r t e ri sd e p e n d e n to nt h ea c t i v i t i e so ft o n o p l a s tp r o t o np u m p sr v h + - a t p a s ea n d v h + p p a s e ) w h i c he s t a b l i s ha ne l e c t r o c h e m i c a lh + 一g r a d i e n ta c r o s st h et o n o p l a s tt h a t e n e r g i z e st h et r a n s p o r t e r s s ov a c u o l a rp r o t o np u m p sp o s s i b l yp l a yac r i t i c a lr o l ei nt h e c o m p a r t m e n t a l i z a t i o no fn a + i n t ot h ev a c u o l ea n ds a l tt o l e r a n c ei np l a n t s i nt h ep r e s e n t s t u d y , s a l t d i l u t i o nh a l o p h y t ess a l s ac u l t u r e du n d e rd i f f e r e n ts a l tc o n c e n t r a t i o n sw a su s e d t oi n v e s t i g a t et h ea c t i v i t i e sa n ds u b u n i t se x p r e s s i o no fv - i - f - a t p a s ea n dv h + 一p p a s ei n d i f f e r e n to r g a n so f s a l s ab yw e s t e r na n dn o r t h e mb l o ta n a l y s i si na d d i t i o nt ot h e d e t e r m i n a t i o no f s o m ep h y s i o l o g i c a lp a r a m e t e r s t h em a i nr e s u l t sw e r es h o w na sf o l l o w s 1 e f f e c t so fn a c it r e a t m e n to nt h eg r o w t ho fl e a v e s s t e m sa n dr o o t so f s s a l s a 2 0 0m m o y ln a c lm a r k e d l ys t i m u l a t e dt h eg r o w t ho f s ：s a l s as e e d l i n g s ，a n dt h e e f f e c t sv a r i e dw i t hd i f f e r e n to r g a n s ：t h eg r o w t ho fl e a v e sa n ds t e m sw a sg r e a t l ys t i m u l a t e d b yn a c i ，w h i l et h a to ft h er o o t sw k sn o ta f f e c t e du n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h eo r g a na n dt i s s u es p e c i f i c i t yi np l a n tg r o w t hr e s p o n s e s 幻n a c is t r e s s s s a l s ap l a n t sh a v eh i g hc a p a c i t yo fa c c u m u l a t i n gn 芷i nl o wn 0c o n c e n t r a t i o n e n v i r o n m e n t 1 1 1 en a + c o n c e n t r a t i o n so fc e l ls a pf r o md i f f e r e n to r g a n sw e r ea l lg r e a t l y i n c r e a s e du n d e r2 0 0m m o l ln a c lt r e a t m e n t a n da sat y p i c a ls a l t a c c u m u l a t i n gh a l o p h y t e ， n a + m a i n l ya c c u m u l a t e di nl e a v e sa n ds t e m so fss a l s au n d e rd i 腩r e n ts a l tt r e a t m e n t a b o u t9 3 o ft h et o t a ln a + w a ss t o r e di nl e a v e sa n ds t e m sa n do n l y7 i nr o o t s t h e l e a v e sa n ds t e m so fss a l s aa r et h em a i no r g a n so fn a + a c c u m u l a t i o ns ot h a tt h eo s m o t i c p o t e n t i a lo ft h ec e l ls a pw e r em u c hl o w e ri nl e a v e sa n ds t e m st h a nt h a ti nt h er o o t su n d e r t h es a n l en a c ls t r e s sc o n d i t i o n s w h i l ecc o n c e n t r a t i o n si nt h ec e l ls a pf r o md i f i e r e n t o r g a n sd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o l ss ot h a tt h en a + k + r a t i o m a r k e d l yi n c r e a s e d s i n c et h eg r o w t ho f ss a l s as e e d l i n g sw a sp r o m o t e db ys a l ts t r e s s ，t h e d e c r e a s eo fk c o n c e n t r a t i o ni nt h ee e l ls a pt oac e r t a i ne x t e n tw o n ti n h i b i tt h ep l a n t s 5 n 口q 盼追对盐毽碱蓬撤、茎时渡泡膜h 觚p e 莆l 谨一p p e 活性的影响 g r o w t h r o o t s ，t h er o l eo fw h i c hw a sn o ti ni o na c c u m u l a t i n g ，a b s o r b e dal a r g ea m o u n to f n a + a n ds o m ek + a n dt h e nt r a n s p o r t e dt h em a j o r i t yo f i o n si n t ol e a v e sa n ds t e m so f ss a l s a t om o d u l a t et h eo s m o l a r i t yt om a i n t a i nt h en o r m a lg r o w i n gs t a t eu n d e rs a l ts t r e s s 2 e f f e c t so fn a c lt r e a t m e n to nt h ea c t i v i t i e sa n ds u b u n i te x p r e s s i o no fh + - a t p a s ei n t o n o p l a s tv e s i c l e sp r e p a r e df r o md i f f e r e n to r g a n so f s s a l s a - v h + - a t p a s eh y d r o l y t i ca c t i v i t yi nd i f f e r e n to r g a n so f b o t hc o n t r o la n dn a c l - t r e a t e d ss a l s as e e d l i n g sw a s ：l e a v e s s t e m s r o o t s t h ev h + - a t p a s ea c t i v i t i e si nl e a v e sa n d s t e m sw e r es i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，w h i l ei tw a so n l ys l i g h t l ye n h a n c e di nr o o t su n d e rn a c l t r e a t m e n t w e s t e r nb l o ta n a l y s i sw i t ht h ea n t i b o d ya g a i n s tm u n gb e a ns u b u n i tas h o w e dt h a ti n a d d i t i o nt ot h e7 0k d as u b u n i t ，t w oa d d i t i o n a lp o l y p e p f i d e sw e r ea l s od e t e c t e d i tm i g h tb e s u s p e c t e dt h a tt h e yw e r et h eh y d r o l y z e df r a g m e n t so f t h e7 0k d as u b u n i to rt h ei s o f o r m so f s u b u n i ta t h es u b u n i taw a sd e t e c t e di na l lo r g a n so fss a l s au n d e rn a c lt r e a t m e n t s ，b u t i t sp r o t e i na m o u n tw a se x t r e m e l yl o wi nr o o t s w e s t e r nb l o ta n a l y s i so fv - h + 一a t p a s ei nd i f f e r e n to r g a n so fss a l s aw i t ht h e a n t i s e r u ma t p 9 5s h o w e dt h r e ep o l y p e p t i d e sw i t ha p p a r e n tm o l e c u l a rm a s s e so f7 0 ，5 4a n d 1 6k d a a n dt h es u b u n i tp a t t e mw a sn o ta f f e c t e db yn a c ls t r e s st h o u g ht h ep r o t e i n a m o u n t so fs u b u n i tba n dcw e r ee n h a n c e d ，a n dt h ee x p r e s s i o no fv h + 一a t p a s es u b u n i ta i nl e a v e sa n ds t e m sa p p e a r e dn oo b v i o u sd i f f e r e n c eu n d e rb o t hc o n d i t o n so fc o n t r o la n d 2 0 0m m o l ln a c lt r e a t m e n t t 1 l ep r o t e i na m o u n t so fa l lt h et h r e es u b u a i t sa r el a r g e ri n l e a v e st h a nt h a ti ns t e m s a n di t st h el o w e s ti nr o o t so f ss a l s a n o r t h e r nb l o ta n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h et r a n s c r i p t i o no f v h + - a t p a s es u b u n i tba n dc i nl e a v e s ，s t e m sa n dr o o t so fss a l s aw a so b v i o u s l yu p - r e g u l a t e db y2 0 0m m o l ln a c l t r e a t m e n t ，a n dt h es i m i l a ru p r e g u l a t i o n o fs u b u n i tba n dci n d i c a t e dac o o r d i n a t e e x p r e s s i o no ft o n o p l a s t h + a t p a s es u b u n i t su n d e rs a l ts t r e s s t h et r a n s c r i p t i o nl e v e lw a s h i g h e ri nl e a v e st h a ni ns t e m s a n dw a st h el o w e s ti nr o o t s 1 1 1 et r a n s c r i p t i o nl e v e lo f v i r a t p a s ew a sc o n s i s t e n t 、v i t l lt h et r a n s l a t i o nl e v e lo ft h es u b u n i t sa n dt h eh y d r o l y t i c a c t i v i t i e si nd i f f e r e n to r g a n so f s s a l s a 3 e f f e c t so fn a c it r e a t m e n to nt h ea c t i v i t i e sa n ds u b u n i te x p r e s s i o n so fh + - p p a s ei n t o n o p l a s tv e s i c l e sp r e p a r e df r o md i f f e r e n to r g a n so fs s a l s a v h + 一p p a s eh y d r o l y t i ca c t i v i t yi nd i f f e r e n to r g a n so fss a l s as e e d l i n g sg r o w ni n n o r m a lh o a g l a n ds o l u t i o nw a s ：l e a v e s s t e m s r o o t s h o w e v e r v h + 一p p a s eh y d r o l y t i c a c t i v i t yi nd i f f e r e n to r g a n so fs s a l s as e e d l i n g sg r o w ni n2 0 0m m o l ln a c lm e d i u mw a s ： s t e m s l e a v e s r o o t s t h er e s u l t ss h o w e d 恤s tt h ev h + p p a s ea c t i v i t yi nr o o t sa n ds t e m s 6 n 口c l 胁迫对盐地碱蓬掇攀、时液泡瞑在觚p e 番li f - p p a s e 活性的影响 w e r es i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ，w h i l ei tw a ss l i g h t l yd e c r e a s e di nt h el e a v e s w e s t e r nb l o ta n a l y s i so fv h + - p p a s ei nd i f f e r e n to r g a n so fs s a l s aw i t ht h ea n t i b o d y t om u n gb e a nv h + - p p a s er e v e a l e dt h ei n c r e a s eo fp r o t e i na m o u n t si nl e a v e sa n ds t e m s u n d e rn a c ls t r e s s b u tt h et r a n s l a t i o nl e v e lw a sl o w e rt h a nt h a to fv h + a t p a s e t h e v h + p p a s ep r o t e i ni nr o o t sw a sn o td e t e c t e du n d e rt h es a i l l ec o n d i t i o n ，w h i c hm a yb ed u e t ot h ee x t r e m e l yl o wp r o t e i nl e v e l i nr o o t ss i n c ew eh a dd e t e c t e di t sh y d r o l y t i ca c t i v i t y i nc o n c l u s i o n ，s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ew a so b s e r v e di nt h er e s p o n s e so fg r o w t h ，i o n a c c u m u l a t i o n ，a c t i v i t i e so ft o n o p l a s tp r o t o np a m p s ( v h + 一a t p a s ea n dv - h + p p a s e ) a n d e x p r e s s i o na tt h el e v e l so ft r a n s c r i p t i o na n dt r a n s l a t i o no ft o n o p l a s tp r o t o np u m p si n d i f f e r e n to r g a n s ( 1 e a v e s ，s t e m sa n dr o o t s ) o fs u a e d as a l s at on a c is t r e s s t h eg r e a t d i f f e r e n c es u g g e s t e dt h ec o o p e r a t i o na n dd i f f e r e n tr o l e so fl e a v e s ，s t e m sa n dr o o t si nt h e w h o l ep l a n t ss a l tt o l e r a n c e a n dt h a tt 1 1 es a l tt o l e r a n c eo fss a l s aw a sr e l a t e dw i t hm a n y f a c t o r si n v e s t i g a t i o no fe x p r e s s i o n sa n da c t i v i t i e so fv h + 一a t p a s ea n dv - i r p p a s eo fs s a l s ai n d i c a t e dt h a tt h ec h a n g e so fh y d r o l y t i ca c t i v i t yo fv h + 一a t p a s ea n dv h + - p p a s ei n d i f f e r e n to r g a n sw e r ec o n s i s t e n tw i t ht h eg e n ee x p r e s s i o n sa n dt r a n s l a t i o n sa n dn a + a c c u m u l a t i o ni nc e l ls a p s t h el e a v e sa n ds t e m so fs s a l s aa r et h em a i no r g a n so fn 0 a c c u m u l a t i o na n dt h ev h + - a t p a s em i g h tp l a yam o r ei m p o r t a n tr o l ei nn a + s e q u e s t r a t i o n i n t ov a c u o l et h a nt h ev h + - p p a s eu n d e rs a l te n v i r o n m e n t s k e yw o r d s ：s u a e d as a l s al ，n a c lt r e a t m e n t ，v h + a t p a s e ，v h + 一p p a s e ，n a + c o m p a r t m e n t a l i z a t i o n ，o r g a na n dt i s s u es p e c i f i c i t y c l a s s i f i c a t i o nn u m b e r ：q 9 4 5 7 8 7 n a c i 骁追对盐谁碱蓬报、茎n 液泡模矗- a t p a s e 秘停p p e 活性的影响 文献综述 土壤的盐渍化严重影响现代农业的发展。今天，世界上将近2 0 的耕地和几乎一 半的灌溉土壤受到盐渍的影响1 7 “。我国有3 亿多亩盐荒地和l 亿多亩盐渍化土壤，约 占全国可耕地面积的2 5 。随着人口的剧增以及工业的高速发展，可耕地面积急剧减 少，而不合理灌溉又造成了大量良田的次生盐渍化。因而快速开发和有效利用盐渍 化土壤以提高作物产量在我国农业生产中具有十分重要的现实意义。长期以来，国内 外对盐碱土地的改良和利用开展了广泛的研究，利用工程措施虽然取得了一定成绩， 但存在很多缺点，而提高植物尤其是经济作物的耐盐性是开发利用盐碱地最有效的方 法之一，也是现代农业的发展方向。因此，要从根本上改良和利用盐碱地，必须利用 生物学措施，进行植物抗盐机理的深入研究，克隆耐盐基因并通过基因工程等手段培 育出耐盐作物并建立配套栽培技术以合理有效地利用盐碱地。 盐分胁迫是限制作物生长、发育和产量的最严重的非生物胁迫之一，生长于盐渍 环境中的植物会不同程度地受到盐分胁迫的影响。盐渍化土壤中最主要的离子是n a + ， 其浓度往往高于2 5m m o l l ，在这种土壤上绝大多数植物的生长发育受到明显抑制 3 l 】， 表现在整株水平上植物的生长速率降低，叶片受伤以及根冠比率的增加等1 4 9 j 。对植 物盐害机理的研究表明，盐分过多抑制植物生长的原因主要有两个方面：水分胁迫和 离子胁迫【3 1 4 9 1 。盐渍环境中含有较多可溶性盐分导致土壤水势较低，植物生长在盐渍 环境中，会因吸水困难从而导致生理干旱。此外，胞质内盐离子如n a + 、c l 。的过多积 累会对植物体造成离子毒害，同时对其他离子的吸收产生影响，植物细胞及某些大分 子损伤，从而引发生理生化代谢的紊乱【3 ”，植物生长减缓甚至死亡。 生理学研究表明，许多盐生植物之所以能在盐渍土壤中正常生长，原因就在于这 些植物能够把土壤溶液中的n a + 等无机离子吸收并积累在液泡中进行渗透调节，从而 克服了由于土壤的低水势而造成的植物吸水困难问题，同时也避免了离子在细胞质中 过多积累而引起干扰植物正常生理生化代谢的问题1 2 d 】。在细胞水平上，植物只有维 持细胞质中的低n a + 水平才能避免或降低盐害【2 6 1 ，而这需要三种机制的协同作用，如 限制n a + 内流，促进n a + 外排和将n a + 区域化到液泡中【5 ”，从而降低细胞质中的n a + 浓度，维持植物细胞的离子稳态。 1 渗透调节 无论盐生植物还是非盐生植物，对抗渗透胁迫最有效的途径就是进行渗透调节。 通过渗透调节，降低细胞液水势，使植物在低渗生境中能够吸收水分，维持生长【“j 。 盐胁迫下，植物进行渗透调节的方式主要有两种：一是吸收和积累无机溶质，如n a + 、 n a c l 磷迫对盐遣碱蓬报、茎、n 1 1 液泡膜霄- a t p a s e 和h - p p a s e 活性的影响 k + 、c l 等。n a 十、c l 。等主要积累在液泡中，一方面减轻了这些离子对胞质酶的伤害作 用，另一方面作为渗透调节剂以降低细胞水势，促进植物从外界吸水；二是在胞质内 积累小分子可溶性有机溶质渗透保护物质如脯氨酸【硎、甘氨酸甜菜碱、肌醇等3 2 1 ， 增加胞质渗透压，平衡液泡水势【8 3 1 ，这些溶质对细胞膜和蛋白质等生物大分子也有一 定的保护作用。 2 离子稳态 高盐胁迫破坏植物细胞内离子的稳衡状态，即主要由n a c i 引起的盐胁迫破坏了 植物细胞中n a + 、c l 。的平衡状态，同时也影响k + 和c a 2 + 的胞内分布【5 ，从而导致毒 害。因此，在盐胁迫条件下，细胞离子稳态的重建对于植物维持正常代谢功能和生长 即适应盐渍环境至关重要，而研究结果也表明，植物获得耐盐能力的一个重要策略是 建立新的细胞离子稳态。离子稳态的重建依赖于参与离子跨膜转运的膜蛋白，如 h q - a t p a s e 、h + - p p a s e 、c a 2 + _ a t p a s e 、载体及各种离子通道蛋白的参与。 对生长于盐渍化土壤中的植物而言，过多的n a + 是植物生长的限制因子，许多胞 质酶的活性对n a + 都非常敏感。盐胁迫对植物的不利影响是各种因素综合作用的结果 【l “。较非盐生植物而言，许多盐生植物之所以能在盐渍生境中正常生长，就在于其有 一套经过漫长的进化和自然选择过程而建立起来的一些适应机制。研究表明各种逆向 转运体和质子泵在植物耐盐中发挥重要作用。在n a c i 胁迫条件下，高等植物通过质 子泵( p r a t p a s e 、v i f a t p a s e 、v 。i f p p a s e ) 和n a + ，一逆向转运体的协同作用， 驱动n a + 排出细胞和将n a + 区域化入液泡中，从而建立胞内新的n a + 稳态，防止胞质 中过高的n a + 对植物细胞的伤害作用。可见，盐胁迫下植物液泡膜和质膜的质子泵活 性及n a + ，h + 逆向转运效率的高低可能是决定植物耐盐性的关键机制【2 】。 2 1 n a + 2 1 1 n a + 外排 生长在盐渍环境中的植物将n a + 排出细胞需逆其电化学势梯度，是一个主动运输 过程。某些藻类的质膜上存在n a + a t p a s e ，可以水解a t p 驱动n a + 向胞外运输1 1 “。 s h o n o 等【6 3 i 在单细胞藻类h e t e r o s i g m aa k a s h i w o 中克隆得到第一个植物n a + 一a t p a s e 基 因l i a n a ，该基因编码含1 3 3 0 个氨基酸的多肽，和n a + k + 一a t p a s e 的a - 亚基有4 0 的同源性。最近b e n i t o 等从藓类植物j p 矗”聊f 舵妇p a t e n s 中克隆得到了n a + 一a t p a s e 的编码基因：p p e n a l 、p p e n a 2 ，分别编码9 6 7 和9 3 8 个氨基酸。他们认为n a + 一a t p a s e 存在于早期陆生植物中，在苔藓植物向显花植物的进化过程中消失。目前已在许多高 等植物中检测到质膜n a 十h + 逆向转运蛋白活性，高等植物细胞主要通过质膜上的 n a + h + 逆向转运蛋白将胞质n a + 运出细胞。质膜h + - a t p a s e 水解a t p 产生能量将h + 从细胞质中泵出，从而产生跨质膜的矿电化学势梯度，驱动质膜n a + h + 逆向转运蛋 白，i f 顺着电化学势梯度进入细胞的同时n a + 逆其电化学势梯度被排出细胞【5 5 j 【l5 j 。 9 n a c i 瞵追对盐地碱蓬掇、茎、毗液泡膜h - 4 t p a s e 录 h p p a s e 活性的影响 h h l 4 1 。对n a c i 敏感性差异很显著的两种车前( p l a n t a g o ) 的研究发现，液泡膜n a + ，i + 逆向转运活性只能在耐盐种类( pm a r i t i m a ) 的液泡膜微囊检测到，而在盐敏感种类 ( pm e d i a ) 中则检测不到【6 5 1 。n a c i 诱导冰叶日中花液泡膜n a + h + 逆向转运蛋白活性 的增加与盐处理下植物v h 4 - a t p a s e 活性的增加密切相关，证明v h 4 - a t p a s e 为通过 n a + h + 逆向转运蛋白的液泡n a + 的积累提供质子驱动力】。 n a s s 5 2 】在筛选酵母c a l c i n e u r i n 突变体( c n b l ) 的抑制予时发现了一个与耐盐性有 关的编码液泡膜n a + h + 逆向转运蛋白的基因n h x l ，负责n a + 的液泡区隔化。目前已在 许多植物如甜菜、滨藜、冰叶日中花、拟南芥、盐地碱蓬中检测到液泡膜n a + i + 逆向 转运活性。植物中检测到n a + h + 逆向转运活性、h + 转运活性的增加与相关基因表达 的增强有关。在拟南芥中过量表达a t n h x l 基因( 编码拟南芥液泡膜n a + m + 逆向转运 蛋白) 发现：转基因植株液泡膜n a 十h + 逆向转运活性比野生型植株要高得多，并且这 种活性的升高与a t n h x i 蛋白表达量的增加相一致，在2 0 0 m m o l l n a c i 胁迫条件下， 转基因植株的生长未受影响【7 】。与液泡膜n a + n + 逆向转运活性的增加相伴随的液泡中 n a + 浓度的升高及植物耐盐性的增强，有力地支持了n a + 区隔化在植物耐盐中的重要 作用川。在番茄【7 引、油菜7 9 1 中过量表达a t n h x l ，转基因植株用2 0 0m m o l ln a c i 浇 灌仍可正常生长并开花结实，转基因油菜的种子产量和籽油质量不受土壤高盐度的影 响。这些结果充分显示出a t n h x l 在液泡n 矿区隔化中的重要功能。通过氨基酸序列 及拓扑相似性预测已从拟南芥a t n h x 基因家族确定了6 个编码n a + h + 逆向转运蛋白 的基因座位( a t n h x l a t n h x 6 ) 1 7 7 。a t n h x l 和a t n h x 2 均在植物各器官中组成型表 达。酵母互补实验以及表达图谱数据表明a t n i - i x 2 ，a t n h x 5 和a t n h x i 一样，是功能 性盐耐受性决定子。o h t a 等【”】将a t r i