（植物学专业论文）nacl胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响.pdf

山东师范大学硕士学位论文 n a ci 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 捅要 用n 犯l 浓度为o 、5 0 、1 0 0 、1 5 0 和2 0 0 衄o l l 1 的1 4h o 珥a n d 营养液 培养海滨木槿( 劢西妇c 淞j l 口扰口的s i e b e tz u c c ) 的种子，逐日测定萌发率、吸胀 率：5d 、1 0d 后测定种皮和种胚的n 矿、k + 含量：培养1 5d 后，将含有n a c l 的营养液中未萌发的种子分别转入l 4h o a 9 1 a n d 营养液继续培养，测定解除盐胁 迫后种子萌发的恢复率；以探索不同浓度的n a c l 处理对海滨木槿种子萌发及其 种皮和胚的n 矿、c 含量的影响。结果发现，随着n a c l 浓度的升高，海滨木槿 种子的萌发率逐渐降低，在c l 浓度为2 0 0 删n o l l 1 时种子的萌发率和吸胀 率最低。1 5 0 、2 0 0 皿n o l l - 1 n a c l 中未萌发种子的恢复率与对照无显著差异， 而比1 0 0 衄n o l l - 1 n a c l 的显著升高。种皮和胚的n a - 含量随着n a c l 浓度升高 和盐处理天数增多而增大；在相同的盐浓度下，胚的n a + 含量明显低于种皮；随 着疋l 浓度升高和盐处理天数增多，种皮的k + 含量逐渐升高，胚的k + 含量逐 渐降低，但胚的k 啥量仍明显高于种皮；此外，胚的套b 搬- 随着盐处理浓度升 高和盐处理天数增多而增大，但胚的n a - 依- 明显低于种皮。上述结果表明：高 浓度的盐可以诱导海滨木槿种子休眠并促进盐胁迫解除后种子的萌发，这种机制 可以使之避开不良的萌发条件，等到降雨使土壤溶液浓度降低再萌发，这是盐生 植物的种子适应盐渍生境的一种有效方式：海滨木槿的种皮有阻挡全时进入胚的 作用或胚具有某种拒n a - 的机制，使胚保持较高含量的k + 和较低的n a 依- ，这 可能是海滨木槿种子耐盐的主要生理原因之一。 另以不同浓度的n a c l 处理海滨木槿一年生实生苗，研究n a c l 胁迫对其根、 下位叶、上位叶中套矿、k + 含量、叶片中抗氧化酶活性、抗氧化物质和渗透调节 物质含量的影响。结果显示，在不同浓度的n a c l 胁迫下，随着n a c l 浓度升高， 根及叶片中时的含量逐渐升高；k + 的含量先降后升，始终低于对照；n 涮 逐渐升高。n 矿的含量和嘞贮过高对植物是有害的游滨木槿通过增加有机渗 透调节物质的含量增强植株的吸水能力并缓解n 矿的危害，因而植株的生长受到 不同程度的抑制。在相同浓度的n a c l 处理下，叶片中财的含量显著低于根， k + 的含量显著高于根，因而叶的n “付显著低于根。这表明海滨木槿是一种喜 k 拒n a 的盐生植物。在相同浓度的n a c l 处理下，下位叶中n a + 、k + 的含量均 n a c l 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 高于上位叶，这可能是由于蒸腾强度不同导致的。在n a c l 浓度为1 0 0 和2 0 0 m m 0 1 l 1 时，两者的n a + k + 并没有显著差异；在n a c l 浓度为4 0 0m 【n o l l 1 时，下位叶的n f 压0 显著低于上位叶，这能保证下位叶通过光合作用制造更多 的有机渗透调节物质，并使植株的生长受到明显抑制。 随着n a c l 浓度的升高，海滨木槿叶片中超氧化物歧化酶( s o d ) 、抗坏血 酸过氧化物酶( a p x ) 、过氧化物酶( p o d ) 、谷胱甘肽还原酶( g r ) 和谷胱甘肽 转硫酶( g s t ) 的活性先升高后降低，但达到最高活性时n a c l 的浓度并不一致； 过氧化氢酶( c a t ) 的活性呈下降趋势；丙二醛( m a ) 的含量先下降后升高， 但始终低于对照；抗坏血酸( 缸a ) 和谷胱甘肽( g s h ) 等抗氧化物质的含量均 高于对照，且在2 0 0m m o l l 1 时达到最高；可溶性糖和脯氨酸( p r 0 ) 等渗透调 节物质的含量均较对照上升，且升幅较大。这些结果均表明，海滨木槿在盐胁迫 下具有较强的活性氧清除能力和渗透调节能力，从而表现出较强的耐盐性。 关键词：海滨木槿，n a c l 胁迫，种子萌发，n a + 、k + 含量，m d a 含量，抗氧化 系统，渗透调节。 2 山东师范大学硕士学位论文 e 舨t so fn a c ls t r 骼s 蛐s e e d sg e r m i n a t i o na n ds e e d h n g sp h y s i o i o g j c a l c h a r a c t e l i s t i c so f 肋触s 删曲口s i e b e tz u c c a b s t r a c t h o r i 蛔t 0s t u d ym ee 腩c t so f s a l t 骶a 衄铋tw i md i 髓r 咖n a c lc o n c 舭n0 n 恤 s e e dg e m 血撕0 na n dt l l ec o m e n to fn ra n dk _ i n 也es e e dc o a ta n de m _ b r y 0o f 俐，西渊 嬲口6 0s i e b c tz u c c ，s e e d sw e r ec l l l ：t j v a t e db yl 4h 0 a g l 狃d 州t i o n s o l u t i o n 埘t ho ，5 0 ，lo o ，15 0 觚d2 0 0m 】m o l l - 1n a c l ，：峙g 锄i n 撕0 nr a t ea n d i n l b i b i t i o nn t e 懈m e a 剐鹏de v e r yd a y ，c o n t 锄to f n ra n dc i ns e e dc o a t 姐d 衄曲r ) ，ow 弱d e t | e r ：m i l l e d 、h e nt h e e d sw e r e 们a l e df 0 r5a n d1 0d a y sr e s p e c t i v e l y ； 粗da f t 盯1 5d a y s ，n 坞髓g 锄n i n 2 l t e ds e e d si n1 饵h o a g l a n d 姗埘陋0 n l 砸o n 硒也 n a c lw e r ec u l t i v a t e db y1 4h o 哪a n d 加伍t i o n h l t i 讹u tn a c i i t h e 咒龇l t s s ：h o w e d 也a tl l l e e d 瞽舡n i n a ：t i o n 哦ed e c r e 豁e d 霉- a d l l a l l y 勰也en a c lc o n c 曩i 妇丘o n m c r e 弱e d t h cs dg e m 血嘶o nr a t ea n di n l b i b i t i o nr a t ew 蹈l o w e s tw h 也es d s w e r c 骶a 毫 e d 丽t h2 0 0m m o l l 1 n a c l ；妇舱r e c o v e 巧f a 毫eo fu n g 翎面船老c ds d si nl5 0 a n d2 0 0 衄0 l l 1 n a c lh a d s i 嘶丘c 锄td i 侬鹏n c e 谢t l l 也ec o n 廿o l 锄d “w 弱m o r e h i g 腑也狃位s e e d si n l 0 0m m o l l - 1 n a c l t h e 财c o n t 耐i n _ e dc o 砒a n d 锄蛔 硫r e 勰e d 蹦洫枷y 弱也e n a c l c o n c 删0 n 血删觚d d a ) ，s p f o g r e s s e 也锄d n a - c l t e n ti nt h c 既吐啪w 弱s i 画f i c 锄t l y1 0 w c rm 狃w h i c hi n 也es e e dc o a t 珊l d e r 也c s 锄en “：1c o n c 豇【仃a ：t i o n a sm en a c lc o n c 铷旧a t i o ni n c r e 弱e d 姐dd a _ ) ，sp r o g r e s s e 也 伍ek c 0 毗即ti n 也e c dc o a ti n c r e 弱e d 乒a d u a l l y 砌l ei td e c r c 弱e d 铲a d m n yi i lt h c 锄曲r ) r o ，b l i tt h el a 位贸w 硒s i g i l i 丘c a n t l yh i g h e r 也a nt l l e 仍n n e r ha d ( 1 i t i 0 玛m e 谢o 0 fn a - 依- i ns e c dc o a t 观d 锄b r y o 砥髓弱e d 莎弛l a 】l y 勰m en a c lc o n c e n 臼觚 砥勰e d 锄dd a 笋p r o g r e s s e d ，b m 廿l e 础oi n 锄咖w 嬲s i 卿丘c 呻l o w e r 也姐i n s e e dc o a t 1 k s er e s u l t ss u g g e s t e dm a th i 曲e rc o n c 即臼而o no fn a c lc 伽| l dc 卸s e 吐峙 s o c dd o 珊觚c ya n d c e l e m t em eg e 彻i i l 撕0 no fu n g 朗丑i m t e ds e e d s p e r h a p st h e w 鹤am c c t l a n i s mt h a tt ：b es e e dc o a t0 r 既n b r ) r 0c o u l dp r e v e mn 矿丘d m 既眦= r i l l gi n t 0 也e 咖弱t ok e 印h i g l l e rk + 孤dl o w e r 删i nt h e 螂a m d i tn l i 出b c o n eo f 也ep h y s i c a lm e c h a l l i s i n s 也a tn l es e e do f 砌括c 淞 盘刀幻幻s i e b e z u c c c 0 i i l d r e s i s tb 丘g hs a l i n i t ys 仃e s s 3 n a c l 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 ha d d i t i o 玛t h ea n n u a ls e e d l i n g so f 砌西c l s 口聊口幻s ie ：b e tz u c c 代：r e r e s p e c t i v e l y 仃e a t e d 谢md i 妇f 醯饥tc o n c 删o n o fn a c ls o l u t i o n t h ee 能c t so f n a c l s 仃e s so nt h en 矿锄dk + c o n t e n to f 0 t s ，m a t u r cl e a ：v e s 锄dy o u n gl e a v e s ， a n t i o x i d a t i v es y s t e m 觚do s m o t i cr e g u l a l i o ni nt h el e a v 髓w e r cs t i l d i e di n 恤i sp a r t t h er e s u ns h o w e dm a t 丽也m ei r l c r e 私i i l go fn a c lc o n c 即俯o n n 矿c o n t e n t 锄d r a l i oo fn 矿肘i nr 0 0 t s 锄dl e a v e si n c r e 勰e d ；k ，c o n t e n td e c r e 弱c d 石r s t l ya n dm e n i 】咐e 嬲e d ，b u ti tw a sa l w a y s1 0 w e rm 趾m ec o i l 仃0 1 n a + a n dl l i g h e rn r k - 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缸a i l s 向勰e ( g s d h a ds i l l 】i l a r 仃锄d ，w h i c hw e r ei n c r e 懿i n g 丘r s t l y 岫ld e c r e 弱i n gw i 也n a c l c o n c e 曲r a t i o 璐丘d mou pt 04 0 0m m o l 。l 1 h o w c v t l l ec o n c e 腑a t i o n so fn a c li i l 砌c ht l i ee n z y m e sa c t i v i 哆c 锄et 0 廿l eh i g h e s tl e v e lw e r ed i 虢吼t ；n 圮c a t a l 懿e ( c a da c 嘶t ) ，d e c r e 懿e d 谢t l lt 1 1 ei l l c r e 弱i 1 1 9o fn a c lc o n c e n 臼俩o n s ；t h cm d a c o n t 即t 强de l e c 缸0 1 y t el e a k a g e ( ) d e c r e 船e d 痂s n y 锄dm 姐i n c r e a s e dw i t hm e i l l c r e 私i n go f n a c lc o n c e n 仇岖0 n s ，t h ef o m e rw 觞a l w a y sl o w e rm a nm e c o n t r o ll e v e l t h ec o n t e n to fa s a 孤dg s hw 勰t 1 1 el l i g h e s tw h e nt h en a c lc o n c e l l 向阳_ t i o nw 勰2 0 0 n l i l l o l l 1 ；1 h ec o m e n to fp r o l i n e ) a n ds o l u b l es u g a r ( s s ) h l 口e 雒c d 嘶d e n t l y 诵m i n c r e 嬲i n go fn a c lc o n c e l l 仃a t i o n 笛w e l l i tw 孙t h _ u ss u g g e s t e dm a tn l e 4 山东师范大学硕士学位论文 l l i g h - s a l i i l i 哆r e s i s t a n c eo f 肺6 妇c 搬 口m 口6 ds i e b e tz l l c c w 笛r e l a t i e dt oi t s 蚰r o n g e r 缸t i 0 x i d a n c ea n do s n 1 0 t i cr e g u l a t i o nc 印i 够 k e yw o r t i s ：王劢括c 蝣 口肌口6 ds i e b e tz u c c ，n a c ls 鹏s ；c dg e m i i n 撕。玛n a + 觚d k + c o n t e n t ，c o n t e n to fm d 觚廿o x i d a t i v es y s t e m ，o s m o t i cr e g u l a t i o n 5 独创声明 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：薄鹏臼 导师签字： 柱寿华 签字日期：2 0 0 8 年占月矽日 签字日期：2 0 0 8 年6 月p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：簿鹏台 签字日期：z 嘲年6 月佑日 毕 。叩 皿- 杠 氧 c 吖 错师 卯 导 ：a 期字 签 山东师范大学硕士学位论文 第一部分文献综述 盐胁迫的含义是盐渍土壤中盐分的含量过高，使植物体内部产生有害变化的 环境因子。据世界粮农组织和教科文组织的统计，目前全世界约有不同程度的盐 渍化土壤3 8 1 0 8h m 2 ，约占可耕地面积的1 0 。另据统计，我国约有2 1 0 7 耐 盐荒地和7 1 0 6h m 2 盐渍化土壤，约占全国可耕地面积的2 5 【1 1 。此外，农业 生产中采用矿化度高的水浇灌农田、灌溉方法不当、化肥使用不当、大面积的水 土流失导致地下水位上升和海水入侵等因素，盐渍化土壤的面积还在继续扩大。 与此同时，地球上的海水资源约占地球表面水资源的9 8 4 。因此，如何利用 大面积的盐渍化土壤和丰富的海水资源发展农业是现代生物技术迫切需要解决 的重大课题。 长期以来，人类对盐渍土壤的开发利用进行了广泛的探索。开发和利用盐渍 土壤的探索经历了二十世纪5 0 - 6 0 年代的农业措施( 如淡水压盐) 和7 0 年代以 后的工程措施( 如构筑台田) 【1 1 。目前，生物学措施日益受到重视。生物学措施 主要包括：利用现代生物技术提高植物的耐盐性；驯化种植有经济价值的盐生植 物或耐盐植物；培育抗盐植物新品种，使其具有新的经济价值等。 种植能够适应盐渍生境的植物既可以节约改良盐渍土壤的巨大资金，又能节 约大量淡水资源。因此，培育和种植耐盐植物是开发和利用盐渍土壤的一条行之 有效措施。培育和种植耐盐植物，必须弄清楚植物在盐渍条件下的生理响应和耐 盐机理，在此基础上提出提高植物抗盐能力的有效措施并发现耐盐植物特有的栽 培要求。 植物对盐胁迫的抗性包括两种主要的形式：耐盐性和避盐性。抗盐性= 耐盐 性+ 避盐性。避盐性是指植物没有去除或减少外界环境中盐胁迫的能力，但能在 体内建立某种屏障、机制或机构，部分阻止盐分进入体内或植物体的某个部分， 或者在盐分进入植物体后，再以某种方式将盐分排到体外，从而减轻盐分的伤害 作用，以保证其正常的生理活动。耐盐性是指植物无法阻止和外排盐分，盐分进 入体内后，通过不同生理途径忍受或部分忍受盐分对它们的作用，从而不致受害。 植物的避盐性有三种方式：稀盐作用、拒盐作用和泌盐作用；植物的耐盐性 主要通过渗透调节、改变细胞质膜组成及改变代谢类型来实现。现就目前国内外 植物抗盐机制研究的现状及进展进行综述。 n a c l 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 1 渗透调节机制 1 1 渗透调节的概念在盐胁迫条件下，由于土壤溶液渗透势较低，植物细胞 会发生水分亏缺的现象，即渗透胁迫。渗透调节( o s m o t i c 锄u s 衄e i l t ) 是指植物 生长在渗透胁迫的条件下，其细胞中在渗透上有活性和无毒害作用的溶质的主动 净增长的过程。溶质净增长的结果，细胞液浓度增加，渗透势降低，使其在低渗 环境下仍然能够吸收水分，以保证水分的正常供应。渗透调节机制分为无机渗透 调节和有机渗透调节。 1 2 无机渗透调节无机渗透调节是指植物从土壤溶液或营养液中吸收积累 各种无机离子，提高细胞液的浓度。只要这些离子不致造成极高的浓度和表现出 毒性，就能被植物吸收用以提高细胞液的渗透势。生长于盐渍环境中的一些盐生 植物，其体内无机离子的浓度即使高达4 0 0 7 0 0m m o l l - ，仍没有表现出受害症 状【2 】。植物对无机盐的吸收，是一个主动过程，细胞中无机离子的含量可以超过 外界营养液的浓度。在小麦和燕麦中，这种无机离子的吸收和积累与a t p 弱e 的 活性大小有关，a t p 弱e 的活性越高，吸收和积累在细胞中的无机离子就越多。 盐离子进入细胞以后，主要积累在液泡中，一般情况下，细胞质中无机离子的浓 度约为液泡中的1 3 1 2 。盐生植物和非盐生植物在以无机离子作为渗透调节物 质方面，其在离子种类上依然相同，所不同的是在量上的差异【3 】。盐生植物碱蓬 【4 】，星星草，碱草，獐茅【5 】体内以无机离子n 矿、c l - 、k + 作为主要渗透调节物质， 而非盐生植物高粱旧、豇豆、芦掣7 】贝i j 主要以k + 和有机渗透调节物质为主。 1 3 离子的区域化作用植物在受到盐胁迫时，往往把盐从细胞质和细胞器 转运到液泡中积累起来，这种现象称为盐的区域化。细胞内离子的区域化作用， 使细胞液具有一定的浓度，细胞因此可以通过渗透作用吸水：又可以维持细胞质 中离子的正常浓度，从而避免高浓度盐离子对生物膜系统的伤害，维持细胞内的 离子平衡，并保护生物酶的活性【引。液泡膜中的一种n ，l r 反向转运体可促进 离子在液泡中的区隔化效应，跨液泡膜的p h 梯度为其提供能量。在转基因拟南 芥和转基因番茄中过量表达拟南芥来源的n a 切r 反向转运体么洲冠翮，大量的运 输体即在液泡膜中积累，并且极大的提高它们的耐盐性【9 ，1 0 】。这些结果显示 彳删踟家族在l + 的液泡区隔化效应中起关键性作用。n 旷反向转运体的运 转依赖于液泡膜上的质子泵，即矿a t p 勰e ( e c3 6 1 3 ) 和液泡膜矿p p 弱e ( e c 2 山东师范大学硕士学位论文 图1 1 p p i 的产生和液泡膜质子泵 f i g1 - 1 p p ip r o d u c t i o n a n dv l a r 。m 即1 b r 趾ep r o t o np 咖叩s 不同器官和组织中的液泡膜质子泵活性和n 埘逆向转运活性的变化与n r 在液泡中的积累相一致【1 3 】。因此，液泡膜上的质子泵在植物的生命活动中起着 非常重要的作用，特别是在植物抗盐生理中的作用更为突出和关键【。两种质 子泵在液泡膜上同时存在，密切联系，相互作用，共同参与液泡膜上的能量转换 【1 5 1 6 】( 图1 1 ) ，只是在植物的不同组织、不同的发育和或分化阶段，二者的生 理地位不同【1 7 l 。在正常培养条件下，v - a t p 弱e 活性和蛋白表达量在植物发育过 程中保持相对稳定，而v p p 勰e 则随植物的发育下降，因此认为v p p 勰e 是幼嫩 组织主要的液泡膜质子泵，而v 二筒曙a 是成熟组织中液泡膜上主要的质子泵【1 6 】。 1 4 有机渗透调节植物在抗盐过程中，除了可以吸收和积累大量无机离子进 行渗透调节适应盐渍生境外，还可以在细胞中合成大量的有机物进行渗透调节。 一般来说，盐生植物合成有机物主要调节细胞质的渗透势，使其与细胞液的渗透 势相等【2 】。在细胞质中合成的有机物质一定要对细胞没有任何毒性，对各种代谢 过程无抑制。许多盐生植物在盐胁迫下积累脯氨酸和可溶性糖作为渗透调节剂 【2 】。刘志华等【1 8 】发现，在n a c l 胁迫下獐茅体内脯氨酸和可溶性糖的含量显著升 高。s l 锄a 【1 9 】等报道海马齿主要通过积累脯氨酸降低渗透势。脯氨酸的水合势 大，水合能力强，是水溶性最大的氨基酸，它的积累有助于细胞和组织保水。此 外，脯氨酸还可以通过与蛋白质相互作用增加蛋白质的可溶性和减少可溶性蛋白 3 n a c l 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 的沉淀，并可作为活性氧的清除剂和抗冷剂，从而保持细胞膜的完整性并保护细 胞质内许多酶免受损伤【2 0 1 ，可溶性糖也有类似的作用。 此外，近些年来还发现了一些大分子的蛋白质，如渗调蛋白、胚胎发育晚期 蛋白l e a 等。这些溶质分子不但能降低细胞渗透势，增加吸水能力，以维持细 胞的膨压，提高植物对盐逆境的适应能力，而且还能稳定酶、蛋白复合体( 如光 系统外周蛋白) 等生物大分子的结构和功能，保持膜的有序状态。这些物质一 般也称为渗透调节物质。 2 植物的拒盐机理 植物除了控制根系对n r 吸收之外，n a - 从根中向地上部分的转运及其在体内 的分配也是植物抗盐的重要内容【2 1 1 。多数盐生植物在盐渍条件下吸收盐分，并 主要在地上部分积累。有研究表明，植物对n a - 和k + 的吸收有选择性，有的耐 盐品种根部积累的n r 在整株中所占的比例较高，表现出拒盐的特征；而盐敏感 品种往往地上部积累的n a + 较多。拒盐植物能通过结构或生理上的障碍部分阻止 盐分进入植物体内，将进入植物体的盐分积累在根部或茎的基部【2 2 ，2 3 1 ，以减少 盐分向地上部运输，维持地上部较低的n a 含量，从而表现出拒n a - 的特性。在整 体植株中，调节财运输的关键控制点在根茎和叶的一系列膜运输过程中【2 】。除 了降低n r 的积累，提高其它离子如k + 、c a 2 + 和m 醇+ 等无害离子和有机渗透 调节剂( 如脯氨酸、甜菜碱和多胺等) 浓度也是提高植物耐盐性的一种策略。其 中k + 是一个与耐盐性相关的关键离子，n a + 和k 往往通过n a + k + 共转运蛋白 相互竞争【2 4 1 ，在拟南芥( 么，口6 础猡妇觑口妇刀口) 和小麦( m 疗姗l 口钌r f l w 聊) 中均发 现存在着高亲和k - 而低亲和n a + 的转运蛋白a m 汀) ，小麦中转入h k t 能显著降 低n r 、提高k 的吸收【2 5 矧。 高亲和性钾转运蛋白( m 汀) 类转运蛋白是广泛存在于植物、酵母、细菌和 真菌中的一个超级蛋白家族【2 7 1 。根据异源表达系统上的运输特性，汀可以分 为两种类型：一种以小麦如阻1 为代表，包括水稻中o s 卸t 2 、桉树中e c 如k t l 和e c 印舯2 以及冰叶日中花中m c 印订1 等，为k 佣矿共转运蛋白；另一种以拟 南芥a t 卸k t l 为代表，包括水稻中的o s m 汀1 和o s 皿 r b + n a + 州。捌盯，c d n a 的开放阅读框编码的蛋白质长度为5 3 4 个氨基酸，其中含有l o 1 2 个跨膜区域，并且缺少a t p 结合位点的共有序列，这表 明如k t l 介导的c 吸收不需要a ，i p 水解提供能量。在没有k + 时，hk t1 转运 n 矿的速率为k + 的26 【3 2 】。当细胞外k + 和n r 浓度相近时，卸阻1 则表现为 n a 依- 共转运蛋白。一般的模型认为，卸盯1 的结构中含有一个高亲和性k + 结合 位点和一个高亲和性财结合位点，米氏常数k m 分别为3m n l o l l 1 和1 7 5 删d 1 l - l ，而当细胞外时浓度处于较高的毒害水平时，n a + 与k + 竞争高亲和性k + 结合位点，从而阻塞k + 吸收，这时在酵母和爪蟾卵母细胞中就会产生毒害的低亲 和性n r 内流【2 8 1 。 s t l i 等【3 3 】的实验显示，拟南芥彳f 如町在根木质部共质体边界的薄壁细胞中 优先表达，说明a t s o s l 在财的长距离运输中起重要作用。进一步的实验研究 表明，a t s o s l 的功能是在重度盐胁迫下从木质部汁液中回收n a + ，而在轻度盐 胁迫下则将n a 装载到根木质部。植物体内n a - 的长距离运输也涉及到圈。最 新的实验证明，拟南芥的a t m t l 的作用是从木质部导管将n 矿卸载到木质部薄 壁细胞中，通过韧皮部再循环将时运至根，从而增强了拟南芥的抗盐性阻】。r u s 等【3 5 】根据拟南芥自然变异株地上部n a + 浓度升高与其根中彳表达的丧失密 切相关，以及拟南芥种间嫁接实验提出了根中彳艘k 刀的表达是圈盯调节植株 地上部财浓度的主要作用位点的新观点。r 【3 0 】的研究也发现，水稻q 咒s ：酸卫 编码的属于卸阻家族的财转运蛋白基因主要在木质部导管周围的薄壁细胞中 表达，木质部中n a 含量的增加与黝弱的等位基因有关。硬粒小麦耐盐品系 1 4 9 来自野生小麦的兢j 位点能够从叶鞘和根木质部中卸载套如【+ ，从而防止叶 片中的财浓度积累至毒害水平；肫z 妇位点不能使叶鞘沉积时，表明其仅在根 中发挥作用f 3 6 1 。h u a n g 等【3 7 】证明砌盈日7 - 4 2 可能是贼j 的候选基因。最新的 研究表明【3 8 的候选基因是砌研口，j 剐。由上述可见，豆料基因家族在拟 南芥、水稻、小麦的n a - 长距离运输以及耐盐性方面起着重要的作用。 3 活性氧与盐胁迫 c 1 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 盐胁迫包括渗透胁迫和离子毒害，以及由这两种胁迫导致的次级胁迫：氧化 胁迫。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 r 、c l 的过多积 累会对植物体造成离子毒害，同时对其它离子的吸收产生影响，从而引发生理生 化代谢的紊乱，植物细胞分子损伤，生长减缓甚至死亡。在上述过程中产生的过 量的r o s 严重影响细胞膜的完整性、各种酶的活性、营养物质的获得及光合器 官的功能。在正常情况下r o s 是由正常的细胞活动如光合作用、脂肪酸氧化等 产生的，产生和清除之间保持动态平衡；但是盐胁迫却大大提高了r o s 的水平。 因此清除过量的r o s 、降低它们对生物大分子的损伤，成为提高植物耐盐性的 重要策略之一。 3 1 植物体内活性氧的作用 3 1 1 活性氧造成的氧化损伤 r o s 是需氧生物代谢中不可避免会产生的中间代谢物。r o s 主要包括超氧 阴离子自由基( 0 2 。) 、过氧化氢( h 2 0 2 ) 、羟基自由基( o h ) 和单线态氧( 1 0 2 ) 。 其特点是带有孤电子，具有很强的氧化能力，与0 2 相比明显提高了反应活性。 当环境胁迫长期作用于植物，使其产生的活性氧超出活性氧清除系统的能力时， 就会产生氧化损伤：损伤细胞结构和功能，抑制植物生长，诱发膜脂过氧化作用， 损伤生物大分子。如活性氧可以攻击蛋白质的氨基酸残基，尤其是研、p h e 、 耶、m e t 和c y s ，形成羰基衍生物。此外，活性氧可以促进分子内和分子间的交 联，如二硫键的形成和蛋白质的断裂，超氧化物可使一些含金属的酶类失活，或 产生羟自由基，引发磷脂的过氧化。l oum o l l 的h 2 0 2 可以抑制碳固定，在1 pm o 儿的低浓度下，它可使卡尔文循环中的一些巯基酶类失活。最主要的是 h 2 0 2 能够通过h a b 昏w d s s 反应产生更活跃、更有毒性的o h - ，从而导致膜脂过 氧化、碱基突变、d n a 的断裂和蛋白质的损伤。o h 可以修饰一些蛋白质使它 们对蛋白水解酶的作用更敏感【3 9 1 ，一旦被破坏，蛋白质就会进一步被链内切酶 降解，已发现在类囊体膜上存在这样的酶。 盐胁迫下，细胞中活性氧含量增加，诱导膜脂过氧化，引起膜流动性下降， 质膜透性大大增加，破坏膜的正常功能【4 0 】，从而影响植物的生长发育，甚至导 6 山东师范大学硕士学位论文 致死亡。 3 1 2 活性氧的有益作用 虽然过量的活性氧对植物细胞有很强的毒害作用，但在正常生命过程中r o s 为维持生命活动所必需：调节多种基因的表达，可作为第二信使参与信号转导， 促进对木质素的降解等。 3 2 植物体内活性氧的产生与清除 3 2 1 植物体内活性氧的产生 和其它生物相比，植物细胞中的氧浓度最高，最容易产生活性氧。植物体内 活性氧的产生是多渠道、多途径的。主要可以分为：在分子氧单电子还原过程 中产生；某些酶催化产生( 已经证明黄嘌呤氧化酶系统能产生0 2 。- 和h 2 0 2 导致 脂类氧化) 和某些生物物质自动氧化产生( 如氢酶、儿茶酚胺、硫醇、还原铁 氧还蛋白等) 。就产生的部位而言，细胞壁在木质化及解体过程中产生0 2 和 h 2 0 2 ，线粒体、叶绿体、微粒体、细胞核在代谢过程中也有活性氧产生。在绿 色植物组织中，光合电子传递系统是活性氧的主要来源【4 1 】：叶绿体光合电子传 递链p si 的受体端存在大量的自动氧化酶类，能够通过米勒反应将氧还原成超 氧化物，这些超氧化物或参与p si 电子循环，或从类囊体腔扩散至基质膜表面， 在那里超氧阴离子可通过酶促反应歧化成h 2 0 2 和0 2 ；或在铁或铜的存在下通 过f e i l t o n 和h a b 昏w 锁s s 反应生成o h 和0 2 。最近研究发现，在强光处理的类 囊体及完整的叶绿体中，超氧化物和h 2 0 2 同样可由p s 产生。 3 2 2 活性氧的清除 r o s 是机体正常代谢的产物，虽然它在细胞代谢过程中不断产生，但由于 机体自身存在保护系统，故正常情况下危害不大，机体可通过以下途径对活性氧 的氧化作用进行防护：早期抑制活性氧的产生；清除或猝灭已存在的活性 氧；植物的光呼吸消除潜在的激烈氧化条件，抑制或限制潜在的活性氧生成； 损伤修复系统修复活性氧引起的d n a 、蛋白质、脂质等的氧化损伤。 概括地说，机体的抗氧化系统由酶促抗氧化系统和非酶促抗氧化系统组成， 前者称为抗氧化酶，后者称为抗氧化剂。酶促和非酶促抗氧化系统并不是孤立的， 而是相互联系，相互作用，彼此构成一个复杂的抗氧化网络。 7 n a c l 胁迫对海滨木槿种子萌发及幼苗生理特性的影响 3 2 2 1 非酶促抗氧化剂 非酶促抗氧化剂在低浓度下就能有效地延缓或阻止氧化物的氧化作用。在高 等植物体内，非酶促抗氧化剂主要是一些低分子量的化合物，主要包括维生素e ( 生育酚) 、维生素c ( 抗坏血酸) 、b 胡萝卜素( c a r ) 、还原型谷胱甘肽( g s h ) 、 类黄酮( f l a ) 、黄酮醇、生物碱( 舡k ) 、多元醇( 如甘露醇) 等。这些物质有的 是水溶性的，如谷胱甘肽，抗坏血酸，多元醇：有的是脂溶性的，如维生素e ， 类胡萝卜素等，它们在细胞中的亚细胞定位不同，分布也不均一，如谷胱甘肽和 抗坏血酸在叶绿体中的浓度可高达5 2 5 姗1 l - 1 。这使得它们在清除不同种 类的活性氧，以及不同亚细胞区域的活性氧中所起的主要作用不同，反应活性也 差别很大，但它们都能够直接和活性氧反应而起清除作用，也可以作为酶的底物 在活性氧的清除中发挥重要作用。 3 2 2 2 酶促抗氧化系统 酶促抗氧化系统为植物体提供了又一个高效而且专一的活性氧清除体系，抗 氧化酶主要包括超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶口o d ) 、抗坏血酸过氧化物 酶为、过氧化氢酶( c 卸、谷胱甘肽还原酶( g r ) 、谷胱甘肽一s 转移酶( g s t ) 等。如同非酶促抗氧化剂，这些酶系统在细胞中的定位不同，分布也不均一，有 的是水溶性的，有的结合在膜上，并且多数酶有多种同工酶。这些酶的专一性较 强，分别清除不同种类活性氧。 3 2 2 2 1 超氧化物歧化酶( s o d ) s o d 是0 2 。最重要的清除剂，s o d 与植物耐逆性有密切关系，可通过消除 0 2 以及降低由0 2 。所产生的其它自由基而对细胞起保护作用。植物中的s o d 可 分为c “z n s o d 、m n - s o d 及f e s o d 三种类型，c 们乙n - s o d 主要位于叶绿体和 细胞质中，m n - s o d 主存在于线粒体中，f e s o d 主要存在于叶绿体中， c “z n - s o d 是清除0 2 。的主要酶，但该酶可被其它类型的活性氧( 如h 2 0 2 、o h 等) 氧化失活。 3 2 2 2 2 抗坏血酸过氧化物酶购 抗坏血酸过氧化物酶( e c l 1 1 1 1 1 a p x ) 主要用来清除h 2 0 2 。首次在菠菜 叶绿体中发现，现已在多种植物中检测到它的存在。此酶可能普遍存在于真核生 物中，还存在于一些蓝细菌中。叶绿体中此酶含量尤其高，但胞质中也有相关形 山东师范大学硕士学位论文 式存在，两者均为血红素蛋白，其亚基为2 8 3 4 如a 。但两种酶的特性迥然不同： 叶绿体中a p x 在无抗坏血酸介质中迅速失活【4 2 1 ，而胞质中a p x 却可保持相当 一段时间的稳定；除此之外叶绿体中a p x 对硫醇试剂和其它抑制剂具有更高的 敏感性。叶绿体中a - p x 包括两种形式：可溶性的叶绿体基质型( 舢x ) 和不溶性 的类囊体膜结合型( 沁均，其中，至少有一半为御x 【4 3 1 ，二者都是单体，并且 具有相似的酶学特征。胞质中a p x 分布在叶绿体以外的其它部位，包括胞质、 线粒体、过氧化物体、乙醛酸循环体等】。除了过氧化物体膜上结合的a p x 为 单体外，其它为同源二聚体。多数植物中提纯的a p x 具有高度的氨基酸序列同 源性。豌豆及拟南芥中a p x 基因的d n a 遗传结构已被确定，两种d n a 的5 端非转录区均有内含子存在，这在植物基因中并不多见，已经证明这种结构有助 于提高基因表达f 4 5 】，这也许可以解释为何黄豆根瘤中a p x 含量如此之高( 约为 总蛋白的l ) 】。 3 2 2 2 3 过氧化氢酶( c a d 1 8 1 1 年，t h 锄r d 首先发现动植物组织可分解h 2 0 2 产生0 2 ，s 蝴e 血也 观察到这一现象。他认为在反应中酶起关键作用。后来w 0 墙和s t o e c k l i n 以及其 它一些学者相继提纯了这种酶一过氧化氢酶( e c l 1 1 1 6 c a t ) 。1 9 3 7 年s 硼衄e r 和d o u n c e 得到牛肝过氧化氢酶的结晶。 过氧化氢酶，广泛分布于植物中、数量很大，它催化h 2 0 2 分解成h 2 0 和 0 2 ，此酶具有极高的催化速率，但对底物的亲合力却非常低【4 7 1 ，此反应不需另 外的还原力，这种益处却因为它对h 2 0 2 极低的亲和力而抵消，因此c a t 对清除 低浓度h 2 0 2 效率非常低。过氧化物体中h 2 0 2 含量非常高，此种情况下，c a t 对清除h 2 0 2 很有效；叶绿体中清除h 2 0 2 的任务主要由a p x 来完成；线粒体和 细胞质基质中也存在c a