（植物学专业论文）外源多胺对盐胁迫下海蓬子光合特性及体内多胺含量的影响.pdf

摘 要 摘要 本论文选用了盐生植物海蓬子为材料，研究了外源亚精胺( s p d ) 对盐胁迫下海蓬 子抗氧化系统、类囊体膜光能转换特性、叶片及叶绿体内多胺含量的影响，主要研 究结果如下： l 用含有0 、1 0 0 、3 0 0 、5 0 0 、7 0 0m m n a c l 的h o a g l a n d 营养液及叶面喷施外源 亚精胺处理海蓬子幼苗，研究外源亚精胺对n a c l 胁迫条件下海蓬子生长、抗氧化酶 活性及光合特性的影响。结果表明，3 0 0m m n a c l 浓度是海蓬子幼苗生长的最适宜浓 度，高盐条件( 盐浓度大于3 0 0m m ) 对生长具有抑制作用，表现为生物量( 茎高、 根长、鲜重) 的降低及幼苗含水量的降低；外施亚精胺可以增加生物量，高于3 0 0 m m n a c l 浓度下亚精胺明显提高茎含水量。在适宜盐度范围内，超氧化物歧化酶 ( s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ，s o d ) 和过氧化氢酶( c a t a l a s e ，c a t ) 维持较高活性，协同作用清 除自由基的伤害：在低盐( 0r a m ) 和高盐( 7 0 0r a m ) 胁迫下过氧化物酶( p e r o x i d a s e ，p o d ) 活性被激活，起主要的抗氧化作用；s p d 在适宜盐度下可以诱导s o d 和p o d 活性开 启二者协同作用：s p d 在低盐和高盐条件下激活c a t 活性开启。脯氨酸含量随盐度 的升高而增加，外施亚精胺使脯氨酸含量降低。叶绿素含量、光合速率及气孔导度均 在低盐度下随盐浓度的升高而增大，高盐度下受到抑制，而胞间c 0 2 浓度的变化则 在低盐度下随盐浓度的升高而降低，高盐度下逐渐升高，外施s p d 可促进叶绿素含量、 光合速率及气孔导度增加。 2 研究了外源亚精胺和精胺对n a c l 胁迫下海蓬子类囊体膜光能转换特性的影响， 结果表明：5 0m m n a c l 处理的海蓬子p si 与p s i i 的电子传递活性明显降低，3 种浓度 ( 5 0 ，1 0 0 ，2 0 0m m ) n a c l 处理的类囊体膜p si i 中1 8 0 k d 的多肽组分发生降解。5 0m m n a c l 处理下，添加不同浓度的亚精胺及精胺，发现类囊体膜的电子传递活性得到显著 提高，室温吸收光谱有所提高，且能缓解类囊体膜1 8 0 k d 多肽组分的降解。 3 研究了n a c l 胁迫对海蓬子幼苗叶片游离态、结合态、束缚态三种形态多胺及 叶绿体束缚态多胺含量的影响。结果表明，不同浓度盐处理条件下游离态三种多胺的 变化与结合态一致，均为p u t 和s p d 含量先降低后升高，s p m 含量一直呈上升趋势， 束缚态p u t 和s p i n 的含量变化趋势与游离态及结合态相同，但s p d 含量变化相反； 最终使游离态和结合态p a s 总量变化随盐浓度升高均呈先降低后升高的趋势，但束 缚态多胺的总量变化趋势相反；三种形态( s p d + s p m ) p u t 比值均先升高后降低，三种 形态p u t p a s 比值则相反均呈先下降后升高的趋势，最低值和最高值均在3 0 0 m m n a c l 时出现。外源s p d 处理除高盐浓度7 0 0m m n a c l 外，均提高了游离态三种多 胺的含量；而结合态则增加了低盐浓度而减少了高盐浓度下三种多胺含量的积累，束 缚态三种多胺含量降低；最终使三种形态i 拘( s p d + s p m ) p u t 及p u t p a s 比值变化与单 摘要 独盐处理时相同，且游离态( s p d + s p m ) p u t 比值比单独盐处理明显提高。 关于叶绿体多胺，盐处理下随盐浓度升高叶绿体束缚态三种多胺的变化与叶片束 缚态多胺的变化趋势相同，群1 3 0 0 m m 浓度下p u ：晗量下降s p d 和s p m 含量上升，5 0 0m m 浓度- f p u t 和s p m 含量升高s p d 含量下降，最终使p a s 总量随盐浓度升高呈先降低后升 高的趋势，( s p d + s p m ) p u t 比值先升高后降低，p u t p a s 比值变化则相反。外源s p d 显著 提高盐胁迫下叶绿体束缚态三种多胺的含量，使叶绿体束缚态多胺总量比盐处理时提 高，( s p d + s p m ) p u t 均比盐处理时提高，p u t p a s 的比值有所降低。说明外源s p d 可促进 叶绿体束缚态多胺含量的积累，有利于盐生植物海蓬子抵抗盐胁迫。 关键词：海蓬子，盐胁迫，光合特性，叶绿体，多胺，抗氧化 a b s t r a c t e f f e c t so fe x o g e n o u ss p e r m i d i n eo np h o t o s y n t h e t i c c h a r a e t e r sa n dt h ec o n t e n to f e n d o g e n o u sp o l y a m i n e so fs a l i c o r n i ab i g e l o v i it o r r u n d e r s a l ts t r e s s a b s t r a c t w i t he x o g e n o u ss p dt r e a t m e n t ，t h ea n t i o x i d a n ts y s t e m , u g h te n e r g yt r a n s f o r m a t i o no f t h y l a k o i dm e m b r a n ea n dp o l y a m i n ec o n t e n ti nl e a v e sa n dc h l o r o p l a s t so fs a l i c o r n i a b i g e i o v i it o r r u n d e rs a l i n i t ys t r e s sw e r es t u d i e d 啊1 er e s u l t sa r e a sf o l l o w s ： f i r s t ，s e e d l i n g so fs a l i c o r n i ab i g e l o v f ft o r r w e r et r e a t e d 谢md i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s o fn a c l ( o ，1 0 0 ，3 0 0 ，5 0 0 ，7 0 0r a m ) c r r o w t h , a n t i o x i d a t i v ee n z y m ea c t i v i t i e sa n d p h o t o s y n t h e t i cr a t ew e r em e a s u r e d 1 1 1 ed a t as h o w e dt h a tw h e nn a c lc o n c e n t r a t i o ni sa t a b o u t3 0 0m m o l ls a l i c o r n i ab i g e l o v i it o r r g r o w ss t r o n g e r ；h i g hs a l i n i t yr e d u c e dt h e g r o w t hm t eo fs e e d l i n g s ，t i s s u ew a t e rc o n t e n t t h eg r o w t hr a t eo fs e e d l i n g si n c r e a s e da n d t h et i s s u ew a t e rc o n t e n td e c r e a s e db ye x o g e n o u ss p e r m i d i n e h i g ha c t i v i t yo fs o da n d c a ta p p e a r e da to p t i m a ls a l i n i t y , a n dh i 曲a c t i v i t yo fp o da tp o l a rs a l i n i t y w i t h e x o g e n o u ss p e r m i d i n et r e a t m e n ：t ，h i g ha c t i v i t yo fs o d a n dp o ds h o w e da to p t i m a ls a l i n i t y a n d h i g ha c t i v i t yo fc a t s h o w e da tp o l a rs a l i n i t y w i 也t h ei n c r e a s i n go ft h es a l i n i t y , t h e p r o l i n ec o n t e n ti n c r e a s e d ，b u td e c r e a s e db ye x o g e n o u ss p e r m i d i n e p h o t o s y n t h e t i cr a t ea n d c h l o r o p h y l lc o n t e n ti n c r e a s e dw i t ht h es a l i n i t yu n d e rn a c l1 0 0 - 3 0 0m m ，b u td e c l i n e d u n d e rn a c l30 0 7 0 0m m b u tt h ev a r i a t i o no fi n t e r c e l l u l a rc 0 2c o n c e n t r a t i o nw e r e o p p o s i t ea n ds p dp r o m o t e dt h e s ef e a t u r e s s e c o n d ，e f f e c t so fe x o g e n o u ss e r m d i n e ( s p d ) o nl i g h te n e r g yt r a n s f o r m a t i o no f s a l i c o r n i ab i g e l o v i it o r t t h y l a k o i dm e m b r a n eu n d e rs a l ts t r e s sw e r es t u d i e d r e s u l t s s h o w e dt h a t w i t hn a c lc o n c e n 廿a t i o no f5 0m m , t h ee l e c t r o nt r a n s f e ra c t i v i t yo fp sia n d p si id e c r e a s e dd r a m a t i c a l l y ；w i t hn a c lc o n c e n t r a t i o n ( 5 0 ，10 0 ，2 0 0m m ) ，18 k dp r o t e i n o fp si it h y l a k o i dm e m b r a n ew e r ed e g r a d e d ；w i t hn a c ic o n c e n t r a t i o n5 0m m ，a d d i n gw i t h d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fs p e r m d i n e ( s p d ) a n ds p e r m i n e ，t h ee l e c t r o nt r a n s f e ra c t i v i t yo f t h y l a k o i dm e m b r a n e i n c r e a s e dc o n t i n u o u s l y ，t h ea b s o r p t i o ns p e c t r ao f t h y l a k o i dm e m b r a n e a tr o o mt e m p e r a t u r ew e r ei n c r e a s e da n dt h ed e g r a d a t i o no f18k dp r o t e i no fp si it h y l a k o i d m e m b r a n ew e r er e l i e v e d t h i r d , t h r e ep o l y a m i n e s ( p u t ，s p i na n ds p d ) a n dt h e i rd i f f e r e n tf o r m s ( f r e e ，p e r c h i o r i c a c i ds o l u b l ea n di n s o l u b l ec o n j u g a t e d ) w e r ei n v e s t i g a t e du n d e rn a c ls t r e s s 1 1 1 er e s u l t s s h o w e dt h a tf r e ef o r mo ft h et h r e ep o l y a m i n e sw a sb a s i c a l l ys a m e 、析t ht h ec o n j u g a t e d u n d e rs a l tt r e a t m e n t ，b o t hp u ta n ds p dc o n t e n td e c r e a s e da tf i r s ta n dt h e ni n c r e a s e d , s p i n c o n t e n ti n c r e a s e d ，t h eb o u n ds t a t eo ft h ec o n t e n to fp u ta n ds p i nw a sb a s i c a l l ys a m ew i t h t h ef r e ea n dc o n j u g a t e d ，w h i l et h eb o u n ds t a t eo fs p di sd i f f e r e n t , a l t h o u g ht h ef i n a lt o t a l p a so ft h ef r e ea n dc o n j u g a t e dd e c r e a s e da tf i r s ta n dt h e ni n c r e a s e d ，w h i l et h et h eb o u n d s t a t ec o n t e n tw a sd i f f e r e n t , a l lt h et h r e ef o r m so ft h et h r e ep o l y a m i n e so f ( s p d + s p m ) p u t r a t i oi n c r e a s e da tf i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d , w h i l et h ep u t p a sr a t i ow a sd i f f e r e n t w h e n n a c lc o n c e n t r a t i o nw a sa ta b o u t3 0 0m m ，t h ed a t ah a dt h el o w e s to rh i g h e s tv a l u e s p d i n c r e a s e dt h ef r e ef o r mo ft h et h r e ep o l y a m i n e sc o g e n ta l l ，w h i l ed e c r e a s e dt h et h r e e b o u n ds t a t eo fp o l y a m i n e s ，a tt h es a m et i m ei n c r e a s e dt h ec o m e n to ft h et h r e ec o n j u g a t e d s t a t eo fp o l y a m i n e sa tl o ws a l i n i t y ，w h i l ed e c r e a s e dt h a to fa th i g hs a l i n i t y ；w h i c he v e n - t u a l l yl e a d e dt ot h r e ef o r mo f ( s p d + s p m ) p u tr a t i oi m p r o v e da n dp u t p a ss i g n i f i c a n t l y r e d u c e di nc o n t r a r yw i t hs a l ta l o n e ，a n dt h et h r e ef o r mo fp o l y a m i n e so ft h ea b o v er a t i o s h a dt h es a m et r e n dw i t hw i t hs a l ta l o n e i nr e g a r dt o p o l y a m i n e so nt h ec h l o r o p l a s t ，t h eb o u n ds t a t eo ft h r e ep o l y a m i n e s p o l y a m i n e sh a st h es a b l et r e n dw i t ht h a to fi nt h el e a v e s ( s p d + s p m ) p u to fc h l o r o p l a s t i n c r e a s e da tf i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d ，w h i l et h ep u t p 心r a t i ow a sd i f f e r e n t e x o g e n o u s s p dc a l ln o to n l ys i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dc h l o r o p l a s tb o u n ds t a t eo ft h r e el e v e l so f p o l y a m i n e sb u tc a np r o m o t et h eb o u n ds t a t eo ft o t a lp o l y a m i n ea n d ( s p d + s p m ) p u to f c h l o r o p l a s t , p u t p a s r a t i ow a sr e d u c e db e s i d e st h er a t i oa tt h es a l i n i t yo f3 0 0 r a m ；e x o g e n o u ss p dw a sm o r ei nf a v o ro fb o u n dc h l o r o p l a s tp o l y a m i n e s a c c u m u l a t i o ni n t h es a n l et r e a t m e n ta n dh a l o p h y t e s r e s i s t a n c eo fn a c ls t r e s s k e yw o r d s ：s a l i c o r n i ab i g e l o v i it o r r ，s a l ts t r e s s ，p h o t o s y n t h e s i s ，c h l o r o p l a s t , p o l y a m i n e s ， a n t i - o x i d a t i v ee n z y m e 前言 1 - j 一 刖罱 世界上盐渍土面积约占陆地面积的7 6 ，占总耕地面积的2 5 ( 唐奇志等，2 0 0 4 ) 。 在我国，约有1 1 0 的耕地属于盐渍化土壤( 刘鹏等，2 0 0 6 ) ，同时还有近7 0 0 0 0 0 0 h m 2 的 沿海滩涂。与此同时，全球淡水资源短缺，淡水贮量仅占总贮水量的2 5 ，土壤盐渍化与 淡水严重不足已成为限制农业发展的世界性问题( 吕忠进等，2 0 0 1 ) 。由于盐胁迫是 抑制植物生长，降低农作物产量的主要环境因素之一。因此，如何合理、充分、有效 地利用盐渍化土壤，使其发挥土地资源的宝贵价值成为人们关注的焦点。盐生经济植 物北美海蓬子( s a l i c o r n i ab i g e l o v i it o r r ) 为藜科( c h e n o p o d i a c e a e ) 盐角草属( s a l i c o r n i a ) 一年生双子叶c 3 草本植物，自然条件下生长于北美洲温带及亚热带地区( 北纬2 4 4 2 。) 的海滨及内陆盐沼中，叶片退化成鳞片状，对生。北美海蓬子耐盐性极强，其植株组织 液富含大量盐分( 3 0 左右) ，耐盐阈值与海水盐度( 3 2 0 0 0 3 5 0 0 0m g k g ) 接近，可用海水 直接灌溉。 多胺( p o l y a m i n e ，p a ) 是生物代谢过程中产生的一类具有强烈生理活性的低分子 量脂肪族含氮碱，常见的p a s 主要包括腐胺( p u t r e s c i n e ，p u t ) 、亚精胺( s p e r m i d i n e ， s p d ) 和精胺( s p e r m i n e ，s p n l ) ，其中s p d 不仅作为直接的胁迫保护物质，而且在胁迫 信号转导中作为信号分子参与植物胁迫抗性机制的构建( k a s u k a b ey e ta 1 ，2 0 0 4 ) ，因其 独特的分子结构而与逆境胁迫关系最为密切( h el e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。研究表明，p a s 可直接 或间接地清除由化学或酶促反应所产生的自由基而提高植物抗逆性( d r o l e tge t a 1 ，1 9 8 6 ) ，而且充当着植物激素作用的媒介，作为“第二信使参与植物逆境胁迫信 号防御反应( k a s u k a b ey ，2 0 0 4 ) ，可以缓解逆境胁迫对植物体造成的伤害。 盐胁迫条件下引起植物细胞活性氧( r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，r o s ) 大量积累( 杜秀 敏，2 0 0 0 ) ，活性氧与其清除系统之间的平衡被打破，引发膜脂过氧化作用，造成膜系 统的损伤，导致植物代谢失衡( 赵丽英等，2 0 0 5 ) 。植物体内存在清除r o s 的抗氧化系 统，主要包括保护酶系统( s o d 、p o d 、c a t ) ，此系统表达量及活性的增加对维持细 胞正常代谢、提高植物抗逆性发挥着重要的作用( 杜秀敏等，2 0 0 0 ；m a l g o r z a t age t a 1 ，2 0 0 4 ；h o r e m a ns ne ta 1 ，2 0 0 1 ) 。由叶片退化的鳞茎是海蓬子进行光合作用的器官， 其光合速率、光合色素含量、光能转化特性以及脯氨酸含量在盐胁迫下会发生变化。 而叶绿体是光合作用的场所，是对盐胁迫最敏感的细胞器( 华春等，2 0 0 4 ) ，其结构及 内部抗逆物质多胺等的含量均会受到盐胁迫的影响，且对于盐胁迫下叶绿体结合态多 胺含量的变化的研究甚少。 本研究选用盐生植物北美海蓬子为材料，通过研究盐胁迫下叶片及叶绿体多胺含 量和光合特性的变化，叶片抗氧化系统的变化、类囊体膜光能转化特性变化、以及外 前言 源s p d 处理以后上述指标的变化，以进一步揭示盐生植物对盐胁迫的响应机制，探讨 盐胁迫下海蓬子的光合作用的机制。并从抗氧化能力、光合特性、叶片及叶绿体多胺 含量等方面来探讨外源s p d 对盐生植物盐胁迫的缓解机制，从而更加明确海蓬子体内 内源三种多胺含量如何响应盐胁迫机制变化及外施多胺缓解盐害、改善光合作用和提 高抗氧化酶活性的机制。 2 综述 综述纫罨您 盐胁迫是植物生长过程中最主要的非生物胁迫之一，是危害植物生长发育的重要 限制因素，也是目前制约农业生产的一个全球性问题( 吕忠进等，2 0 0 1 ) 。同时，耕地面积 的减少以及淡水资源的匮乏等问题使得科学家们把目标投向沿海滩涂以及海水资源， 兴起一种新型的现代农业一海水灌溉农业。合理开发和利用盐碱地资源是进一步挖掘 农业发展潜力和缓解环境压力的重要出路，而选用和推广耐盐植物是改良大面积盐碱 土壤最经济快捷的措施之一，因此，研究植物的耐盐性及其机理具有重要的理论和现实 意义。 一、植物盐害胁迫的研究进展 1 盐胁迫对植物的毒害 1 1 盐胁迫对植物形态发育的影响 盐胁迫对植物个体形态发育的整体表现为抑制组织和器官的生长，加速发育过程， 缩短营养生长和开花期。长时期处于盐胁迫下，植物的叶片面积缩d , ( m u n n se ta 1 ， 1 9 8 0 ) ，这可能是由于盐分影响了细胞的分裂和延伸。最初盐胁迫造成植物叶面积扩展 速率降低，随着含盐量的增加，叶面积停止增加，叶、茎和根的鲜重及干重降低。盐 分主要是通过减少单株植物的光合面积而造成植物碳同化量的减少。n a c l 显著抑制 由葡萄糖合成壁多糖的过程，增强壁多聚体氧化交联的潜势，从而抑制细胞生长。在 控制条件下测试了1 1 种木麻黄属植物以后，发现木麻黄的发芽率和生长速率随n a c i 浓度的增加而降低( 马焕成和蒋东明，1 9 9 8 ) 。 1 2 渗透胁迫 植物细胞的原生质膜是一种半透膜，它只允许水分自由通过，而对其它物质则是选 择性通过，植物细胞伸展依赖于膨压及细胞水分的吸收，还依赖于水分吸收途径中的水 力导度( h y d r a n l i cc o n d u t i v i t y ) 、吸收溶质维持渗透势和周围细胞壁的不断产生 ( n e u m a ne ta 1 ，1 9 9 5 ) 。随着土壤中含盐量的增加，土壤溶液的水势不断降低，植物吸水 困难而出现严重的缺水现象，产生渗透胁迫，渗透胁迫导致植物产生胁变，主要表现为 细胞脱水，发生生理干旱，严重时出现气孔关闭，甚至导致细胞内水分外渗。盐胁迫下， 植物细胞内渗透势大于细胞外渗透势( n e u m a ne ta 1 ，1 9 9 5 ) ，细胞失水致使植物缺水形 成生理干旱。 1 3 离子毒害作用 盐胁迫下的离子胁迫主要包括离子过量和离子亏缺。植物体内的n a + 、c l - 等离 子浓度过高时，会使植物细胞内离子浓度增高，从而影响细胞内许多对膜起保护作用酶 的活性，导致酶变性或失活( 陶晶等，2 0 0 3 ) ，盐胁迫使脂质过氧化作用加强，膜透性增加， 从而对离子的进入失去控制。过量的c i 、m g + 渗入细胞后使原生质凝聚，叶绿素破坏， 蛋白质合成受到抑制，同时蛋白质的水解作用增强，造成植物体内氨基酸积累，转化为 丁二胺、戊二胺及游离胺，当这些物质积累到一定程度时，细胞就会中毒死亡( 刘祖祺等， 1 9 9 4 ) 。另一方面，这些离子的存在使得一些低浓度的矿物质营养元素供应不足，降低 了光合作用和呼吸作用的强度，植物因此生长受抑。n a c l 胁迫下，由于n 矿的离子半径 ( o 0 9 7 ) 与c a 2 + 的离子半径( o 9 9 ) 非常相似，细胞质中和质外体中n a + 增加把质膜、液泡 膜、叶绿体膜上的c a 2 + 置换下来，而n a - 和c a 2 + 的电荷密度不一样，所以n a 对细胞膜 不但不起稳定和保护作用，反而使膜结构破坏，膜选择透性丧失，细胞内大量必需元素 外渗( 王宝山等，1 9 9 7 ) 。 1 4 盐胁迫对植物光合作用的影响 盐胁迫下，植物组织因缺水而引起气孔关闭，叶绿体受损，光合相关酶失活或变性， 光合速率下降，同化产物合成减少。 1 4 1 光合速率下降与气孔限制因素和非气孔限制因素 光合作用的气孔限制不能仅根据气孔导度的下降来判断，只有当胞问c 0 2 浓度 ( c i ) 和气孔导度同时降低时才可以作出光合速率的降低是由气孔因素引起的肯定结论 ( f a r q u h a r 和s h a r k e y ，1 9 8 2 ) ；相反，当气孔导度下降，而c i 却升高，则光合速率的降低是 以非气孔限制因素为主( 许大全，1 9 9 7 ) ，即是由叶肉细胞的光合性降低所引起的。郭书 奎等( 郭书奎等，2 0 0 1 ) 用n a c l1 0 0m m 处理玉米幼苗，2 1 6h 内不同时间分别测定叶片 光合速率，结果表明：随着处理时间的延长，光合速率下降，气孔导度减小，细胞间隙c 0 2 浓度先降低后升高，说明光合速率下降的原因短时间内以渗透胁迫产生的气孔限制因 素为主，长时间以非气孔限制因素为主。 1 4 2 盐胁迫对类囊体膜结构和功能的影响 叶绿体是植物光合作用的主要场所，而类囊体膜是光能吸收、传递和转换的结构 基础，植物进行光能吸收、传递和转换的各种色素蛋白复合体都分布在类囊体膜上。 盐胁迫下，过量盐离子积累使类囊体膜糖脂含量显著下降，不饱和脂肪酸含量降低，而 饱和脂肪酸含量升高，从而影响细胞膜的光合特性。叶绿素是类囊体膜上色素蛋白复 4 综述 合体的重要组成部分，所以盐胁迫下叶绿素含量的降低必将影响色素蛋白复合体的功 能，使垛叠状态的类囊体膜比例减小，叶绿体中基粒数量和质量下降，光合强度降低 ( m a s l e n k o v alt ) 。叶绿素减少主要是由于叶绿素酶对叶绿素b 的降解所致，所以， 盐胁迫下，叶绿素a 叶绿素b 的比例升高( c a r t e re ta 1 ，1 9 9 3 ) 。盐分胁迫除了影响类囊 体膜质成分外，还影响到类囊体膜上的蛋白的活性，从而降低叶绿体对光能的吸收。同 时也影响类囊体膜的垛叠状态，使叶绿体中基粒的数量和质量下降，光合性能下降。 1 4 3 盐胁迫对光合碳同化的影响 盐胁迫下，光合作用有关酶的活性会不同程度地受到抑制，尤其是r u b i s c o 和p e p 梭化酶。r u b i s e o 对盐的敏感性小于p e p 梭化酶。r u b i s e o 酶含量的降低是r u b i s c o 总活性下降的主要原因。r u b i s c o 活性的下降，同时导致r u b p 、磷酸甘油酸、磷酸三 糖含量的降低，进一步降低植物对c 0 2 的利用( 朱新广等，1 9 9 9 ) 。n a + 含量过高在c 3 植 物中影响光合作用的各过程，但在c 4 植物中n a + 是植物的有利元素，n a + 参与了将丙酮 酸转化成p e p 的各个过程( b r o w n e n ，19 9 6 ) 。 2 植物的耐盐机理 2 1 拒盐和对离子的选择吸收 作物的拒盐机制主要涉及以下过程：( 1 ) 根表不吸收n r ，即使有n 矿进入细胞，也 通过质子泵排出体外。( 2 ) 把吸收的n a + 储存封闭于根、径基部、节和叶鞘等的薄壁细 胞中，从而阻止了n a + 向叶片的运输。( 3 ) 吸收的n a + 在木质部向上运输过程中，被再次 分泌到韧皮部中运回根部，再排到环境中( 王宝山等，1 9 9 7 ) 。作物的拒盐程度与它们的 抗盐性有密切的关系( a l b e r i c oe ta 1 ，1 9 9 3 ) 。然而，大多数盐生植物吸收利用盐分作为 它们的渗透剂，拒盐能力的大小与它们的抗盐性基本没有关系( 许祥明等，2 0 0 0 ) 。很多 高等植物其细胞质中的酶通常都不是耐盐的，其耐盐机制是靠维持细胞质内微环境的 稳定、调节无机离子的种类和数量来完成的( y e oe ta 1 ，1 9 9 8 ) 。由于植物对无机离子 的选择吸收，尤其是n a + k + 的选择吸收，作物根吸收的n a + 向地上部特别是叶片和籽 粒的运输选择性降低，而k 十运输选择性增强。许多植物的延伸组织中含有较高浓度的 k 十可能与该植物的抗盐性有很大关系( k h a t u ns e ta 1 ，1 9 9 5 ) 。所有植物在一定程度上都 具有选择吸收n a + 或k + 的功能。g l e n n 等( g l e n nepe ta 1 ，1 9 9 2 ) 证明，在很多盐生植物 中，选择吸收k + 与植物的抗盐性密切相关。另一方面，很多非盐生植物选择吸收k + 而 排斥n a + ，尤其在细胞质中，利用较高浓度的k + 进行渗透调节以提高抗盐性。 2 2 渗透调节 在盐渍条件下，植物细胞可以通过积累在渗透上有活性而对细胞无毒，对代谢无抑 制作用的可溶性溶质来进行渗透调节，降低渗透势。这些溶质主要有脯氨酸、甜菜碱 和可溶性糖等。但在不同的植物中，所积累的溶质不同( 许祥明等，2 0 0 0 ) 。脯氨酸为 植物对盐胁迫反应敏感的胁变指标。在盐胁迫条件下，脯氨酸可以作为渗透调节剂、 氮源、酶和细胞结构保护剂，防止质膜通透性的变化，保护质膜的完整性，稳定膜结 构。姜卫兵等( 姜卫兵等，1 9 9 2 ) 指出：盐胁迫下草莓叶片游离脯氨酸大量积累，且积累 量与膜透性的增加值呈一定的正相关，与叶片的盐害程度也较一致。 2 3 离子区域化 在盐生植物和非盐生植物中都存在离子区隔化，这说明离子区隔化可能是植物普 遍具有的能力( 张福锁等，1 9 9 3 ) 。盐生植物和非盐生植物的离子区隔化功能不同，盐生 植物一般将吸收的盐离子积累在液泡中而与细胞质隔离开，使细胞质免受盐离子的毒 害。海蓬子属植物耐盐主要是利用离子区域化作用( i o n i cc o m p a r t m e n t a l i z a t i o n ) ，将高 浓度的n a + 隔离在液泡内，降低液泡水势，提高细胞的吸水能力，从而形成大量的 薄壁细胞，即肉质化( s u c c u l e n t ) ( i - i a s e g a w ae ta 1 ，2 0 0 0 ) 。而非盐生植物一般尽量减少对 有害盐离子的吸收，同时将吸收的盐离子输送到老的组织储存起来，以牺牲老的组织为 代价，保护幼嫩组织( c h e e s e m a njm e ta 1 ，1 9 8 8 ) 或者是在细胞质中合成有机小分子物 质以平衡内外渗透势。但是，过多合成有机小分子物质会减少细胞生长的碳源，抑制植 株生长。离子的区域化主要依赖于离子的跨膜运输( m i c h e l e te ta 1 ，1 9 9 5 ) 。这种运输 需要a t p 酶。a t p 水解产生能量将矿泵到液泡膜外，造成质子电化学梯度，驱动n 矿 的跨膜运输。实验证明, n a c l 胁迫下，n a 通过质膜进入细胞是一个顺电化学势梯度的 被动运输过程；但n a + 由细胞质进入液泡则是一个逆电化学势梯度的主动运输过程( 王 宝山等，1 9 9 7 ) 。从而n a - 积累于液泡维持了细胞质中较低的n 矿k + 比例( 余叔文等， 1 9 9 8 ) 。但盐生植物与非盐生植物的离子区域化功能有所不同( 许祥明等，2 0 0 0 ) 。 2 4 活性氧的清除 植物的膜系统主要是由膜脂和膜蛋白组成的。植物受盐胁迫时，体内会产生大量 的氧自由基( 活性氧) ，从而引起膜脂的氧化伤害。植物体内有抗氧化的过氧化酶系统， 当受盐胁迫时，过氧化酶系统活动加强，以清除过多的活性氧。盐胁迫下植物体内抗氧 化防御系统由一些能清除活性氧的酶系和抗氧化物质组成，如s o d 、p o d 、c a t 、 a s a 、g s h 、类胡萝卜素等，它们协同起作用共同抵抗盐胁迫诱导的氧化伤害，单一的 抗氧化酶不足以防御这种氧化胁迫。在酶保护系统中，s o d 是一种极为重要和在生 6 物体内普遍存在的金属酶，处于核心地位( 陈洁等，2 0 0 3 ) 。在一定范围内，随着盐浓度 的增加，s o d 活性也升高( 杨素欣等，1 9 9 9 ) 。现已证实提高植物体内抗氧化酶类活性 及增强抗氧化代谢水平是增强植物耐盐性的途径之一( 毛桂莲等，2 0 0 4 ) 。 二、多胺的生理代谢及与逆境胁迫的关系 1 多胺的基本生物合成途径 在植物中常见的多胺有腐胺( p u t ) 、尸胺( c a d ) 、亚精胺( s p d ) 、精胺( s p i n ) 以及 其它胺类。其中p u t 是多胺生物合成途径中的中心产物，它是由精氨酸经由两条不同 的途径形成的；一条是精氨酸被精氨酸脱羧酶( a d c ) 催化脱羧，生成鲱精胺( a g m ) ，再 脱去一分子氨，经由n 氨甲酰腐胺而生成腐胺；另一条途径是精氨酸先脱去一分子脲 生成鸟氨酸，再经鸟氨酸脱羧酶( o d c ) 催化脱羧，生成腐胺。腐胺再经连续地加入氨丙 基残基，生成亚精胺和精胺，而氨丙基是由s 腺苷蛋氨酸脱羧酶( s a m d o 催化s 腺苷 蛋氨酸( s a m ) 脱羧产生的脱羧s a m 而来。在多胺的生物合成中，主要有三个脱羧酶 起关键作用，即a d c 、o d c 、s a m d c 。p u t 的合成通过哪条途径视情况而定，在动物 和真菌中，只有o d c 而没有a d c ，在植物和细菌中，两条途径都存在，以何种途径为主， 因植物而异。 鲋被 4 - 氨甲 c 0 2 一脶 5 h 2 赢莒 m 7 卜 丙氨基转移 - 5 l 甲琉基腺苷 ( m t a ) h 2 n ( c h 2 ) 3 m i ( c h d 椰( c h 2 ) 羽h 2n ( c h 2 ) 3 腿( c h 2 ) 椰1 2 图1 多胺( 腐胺，亚精胺和精胺) 合成的主要途径以及与乙烯生物合成之间的关系 f i g 1 p a t h w a y so f b i o s y n t h e s i so f t h em a j o rp l a n tp o l y a m i n e s ( p u t r e s c i n e ，s p e r m i d i n e a n ds p m i n e ) ，r e l a t i o n s h i pw i t he t h y l e n eb i o s y n t h e s i s 1 精氨酸脱羧酶( a d c ) ；2 鸟氨酸脱羧酶( o d c ) ；3 精氨酸酶；4 精胺酶；5 n 一氨甲酰腐胺氨水解 酶；6 s 一腺苷蛋氨酸脱羧酶( s a m d c ) ；7 亚精胺合成酶；8 精胺合成酶：9 s a m 合成酶；1 0 a c c 合成酶；i i a c c 氧化酶。椭圆内的物质是多胺抑制剂，指向的是它们的靶位值( d f m a ，二氟甲 基精氨酸；d f m o ，二氟甲基鸟氨酸；c h a ，环已基胺；m g b g ；甲基乙二醛一双- 鸟苷基腙 2 多胺的生理功能和作用机制 多胺在生理p h 条件下解离，以多聚阳离子存在，具有与细胞内的低分子或高分 子的负电荷强烈结合的性质。结合态的多胺有多种化合物，酞胺与轻基桂皮酸结合的 脂肪酸，以及芳香族胺类( h y d o r x y c n n i a m ic a c d i a m i d c s ) 等。这些物质除了参与烟草等 生物碱的合成外，在花粉和花器的形成等生殖过程中的作用受到关注( a t h w a l ，2 0 0 2 ) 。 多胺与膜结构上的磷酸基团结合，可趋势膜的稳定性。多胺与叶绿素分子、蛋白质分 子发生电性相吸，维持叶绿素分子、结合态蛋白的稳定结构。 在植物体内存在有活性氧清除的酶系统和非酶系统，正常情况下，活性氧的产生 和清除处于动态平衡状态。当植物受到胁迫时，植物体内活性氧的产生与清除之间所 维持的动态平衡，随着胁迫时间的延长和胁迫程度的加重被破坏，活性氧清除系统的 功能逐渐降低，而活性氧积累的越来越多，最终使细胞膜膜质过氧化并发生自由基链 式反应，形成丙二醛( m d a ) ，使细胞膜流动性下降，膜功能受到伤害，导致植物的生 长受到损害( 孙存普等，1 9 9 9 ) 。 多胺不仅是阳离子，而且是矿的载体，它可以部分代替s o d ( 超氧化物歧化酶) 的作用，通过歧化反应达到有效清除自由基的目的。其作用大小取决于多胺的氨基化 程度，三胺、四胺的清除能力大于二胺( d u m b o r f f , 1 9 9 1 ) 。 3 多胺与逆境胁迫的关系 高等植物在生长发育过程中对环境的逆境胁迫有一定的自我调节适应能力，使植 物体免受伤害，通常研究的胁迫有多种，主要有酸胁迫、渗透胁迫、盐胁迫和低温肋 迫等，通过对这些外来环境胁迫条件下的研究，可以进一步多胺研究的意义。 3 1 与酸胁迫的关系 酸胁迫可增加植物某些系统的p u t 水平和a d c 活性。如大麦、燕麦、香瓜经酸 胁迫诱导后，它们叶中p u t 大量积累，a d c 活力亦明显提高，并且证明酸胁迫诱导 p u t 大量累积的生物合成酶是a d c 而不是o d c ( y o u n gn d e ta 1 ，1 9 8 3 ) 。在烟草突变体 细胞中也得到了类似的结果，此种细胞用o d c 抑制剂二氟甲基鸟氨酸( d f m o ) 处理 8 后，其p u t 含量仍较高，并且在低p h 环境下它的生长比野生型细胞更加迅速( h i a t ta c e ta 1 ，1 9 8 8 ) 显示高含量的p u t 对生长在低p h 环境下的植物可能有一定保护效应。 不同缓冲系统的酸胁迫都引起树体内p u t 含量明显增加( s h