（食品科学与工程专业论文）葡萄幼苗与果实对温度逆境的交叉适应性及其细胞学机制研究.pdf

摘要 摘要 以当年生葡萄( 1 4 t i sv i n i f e r alc v j i n g x i u ) 幼苗与成熟果实为试材，从细胞水平比较研究高 温锻炼诱导的耐冷性和低温锻炼诱导的抗热性及其发生机制，探讨葡萄幼苗与果实对温度逆境的 交叉适应性及其细胞学机制。结果如f 。 利用透射电子显微镜技术对高温锻炼和低温锻炼以及0 * c 低温和4 5 高温胁迫条件卜的葡萄 幼苗叶片进行了超微结构观察，3 8 “c 1 0h 的高温锻炼预处理和80 c 2 5d 的低温锻炼预处理都对 葡萄叶肉细胞结构造成了轻微的伤害，但延缓了随后的交叉胁追条什对叶肉细胞的损伤。主要表 现在叶绿体、线粒体、细胞核、质膜与液泡膜等部位。 从生化水平测定r 定何在质膜、液泡膜和线粒体上的a t p 酶的活性，并用氯化铈沉淀的电镜 细胞化学方法，定位观察了质膜a t p 酶的活性，得剑一致的结果：高温锻炼预处理提高了微粒体 膜a t p 酶的活性，并且在随后的低温胁迫条件下，保持了酶活性的稳定性；低温锻炼提高了高温 胁迫f 的微粒体膜a t p 酶活性。对质膜h + - a t p a s e 进行了w e s t e r n - b l o t 分析，结果表明，不同处 理的质膜h + - a t p a s e 表达量的变化都与测定的酶活性变化趋势基本相吻合。因此认为，温度锻炼 所诱导的质膜h + - a t p a s e 活性的变化部分归囚丁酶蛋白量的变化。 0 。c 低温胁迫年【| 4 5 高温胁迫进程中，幼苗叶片细胞膜系统受到严重伤害，表现为c a t 、p o d 和s o d 三种抗氧化酶活性降低，膜脂过氧化产物丙二醛( m d a ) 含量明显升高，活性氧浓度增 加。经过高温锻炼的幼苗，在低温胁迫期间抗氧化酶活性增强，0 2 产生速率和h 2 0 2 含量先上升 后下降，m d a 浓度和膜透性也l l x , j 照有明鼹降低且相对稳定；经过低温锻炼的幼苗，在高温胁 迫期间，卜述各项指标的变化规律与高温锻炼幼苗在低温胁迫期间的变化趋势相似。 胶体金免疫电镜定位结果表明，热激蛋白h s p 7 0 主要定位在叫绿体的片层膜和淀粉粒、线粒 体、细胞核的核仁和核质、以及胞质中，尤以叶绿体和细胞核中的免疫颗粒密度最大；s h s p l 7 6 在叶肉细胞中的分布规律与h s p 7 0 相似，不同的是在淀粉粒上几乎没有s h s p l 7 6 的分布，并且 在数量上明显少于h s p 7 0 。高温锻炼可诱导葡萄幼苗叫片中h s p 7 0 和s h s p l 7 6 的表达量的增加， 并且在低温胁迫条件下一直保持比对照相对较高的水平，s h s p l 7 6 的结果更显著：低温锻炼预处 理对h s p 7 0 和s h s p l 7 6 的表达量似乎没有影响，但可增强两种h s p 在高温胁迫条件下的表达水 平。w e s l e mb l o t 检测和胶体金免疫定位都得到了一致的结果。并且证实了高温锻炼可对h s p 7 0 和h s p l 7 6 的合成在转录和翻译两种水平上起调节作_ j 。 3 8 1 0 h 热预处理可诱导葡萄果实对一2 低温的适应性反应，其作用机制与高温锻炼诱导的 幼苗耐冷性相似。 关键词：葡萄幼苗，葡萄果实，温度锻炼，交义适应，细胞学机制 i i i 中国农业大学博士学位论文 a b s t r a c t t h ey o u n gg r a p ep l a n t s ( v i t i sv i n i f e r al c v j i n g a i u ) w e r eu s e da se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l st os t u d y o nt h em e c h a n i s m so fc o l d - r e s i s t a n c ei n d u c e db yh e a ta c c l i m a t i o n ( h a ) o rh e a t t o l e r a n c ei n d u c e db y c o l da c c l i m a t i o n ( c a ) ，a n dp r o b et h em e c h a n i s m so fc r o s sa d a p t a t i o nt ot h et e m p e r a t u r es t r e s s e si n g r a p ep l a n t s t h er e s u l t so b t a i n e dw e a sf o l l o w i n g t h eu l t r a s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fm e s o p h y l lc e l li n c h i l l i n g - t r e a t e dp l a n t s a f t e rh aa n d h e a t t r e a t e dp l a n t sa f t e rc aw e r eo b s e r v e da n dc o m p a r e du s i n gt h et r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y s l i g h ti n j u r ya p p e a r e di nu l t r a s t r u c t u r eo fm e s o p h y l lc e l la f t e re i t h e rh a ( 3 8 c 1 0h ) o rc a ( 8 。c 2 5d ) ， b u tt h et o l e r a n c et os u b s e q u e n te x t r e m et e m p e r a t u r es t r e s sw a sr e m a r k a b l yi m p r o v e db yh ao rc a p r e t r e a t m e n t t h em e s o p h y l lc e i l so fn o n - h ap r e t r e a t e dp l a n t sw e r er e m a r k a b l yd a m a g e du n d e rc o l d s t r e s s ，p r i n c i p a l l ya p p e a r e di nt h ec h l o r o p l a s t ，m i t o c h o n d r i a ，n u c l e u sa n dp l a s m o l e m m a s i m i l a r l y , c a p r e t r e a t m e n tc o u l dp r o t e c tc h l o r o p l a s t ，m i t o c h o n d r i aa n dn u c l e u sa g a i n s ts u b s e q u e n th e a ts t r e s s ，a n d t h u st h et h e r m o r e s i s t a n c eo fg r a p ep l a n t sw a si m p r o v e d t h eo b t a i n e dr e s u l t s ，t oo u rk n o w l e d g e ，f i r s t l y o f f e r e dt h ec y t o l o g i c a le v i d e n c eo fc r o s s - a d a p t a t i o nt ot e m p e r a t u r es t r e s s e si ng r a p e p l a n t s t h ec h a n g e si na c t i v i t i e so fm i c r o s o m a lm e m b r a n eh + - a t p a s ea n dc a 2 + - a t p a s ei nc h i l l i n g t r e a t e d p l a n t s a f t e rh aa n dh e a t t r e a t e dp l a n t sa f t e rc aw e r e a n a l y z e dw i t hb i o c h e m i s t r ya s s a y a n d e l e c t r o m i c r o s e o p i c - c y t o c h e m i c a la s s a yi nw h i c hc e r i u mt r i c h l o r i d e ( c e c l 3 ) p r e c i p i t a t i o nm e t h o dw a s a d o p t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep l a s m am e m b r a n eh + - a t p a s ea n dc a + 一a t p a s ea c t i v i t i e sw e r e i n c r e a s e db yh ao rc a p r e t r e a t m e n t s t h e r e v e r en oo b v i o u sc h a n g e si nv - a n df - t y p eh + - a t p a s e a n d t o n o p l a s tc a 2 + _ a t p a s ea c t i v i t i e sa f t e rh a o rc a h o w e v e r , t h es t a b i l i t yo fa l lt y p e so fa t p a s ea c t i v i t i e s w a se n h a n c e du n d e rt h ef o l l o w i n gc r o s s - t e m p e r a t u r e s t r e s s e s ，a n dt h ea c t i v i t i e sw e r ea l w a y sh i g h e rt h a n t h a to fc o n t r 0 1 w e s t e r n b l o t t i n ga s s a yo fp l a s m am e m b r a n eh + - a t p a s e ( p h + - a t p a s e ) d e t e c t e da 5 4 k d ap e p t i d eo fw h i c ht h ei m m u n o - s i g n a li n t e n s i t yw a ss t r o n g e ri nh ao rc a p r e t r e a t e dp l a n t st h a n t h a ti nc o n t r o lb e f o r eo ra f t e rs t r e s s t h i sr e s u l tw a sc o n s i s t e n tw i t ht h eb i o c h e m i s t r ya s s a ya n d e l e c t r o m i c r o s c o p i c c y t o c h e m i c a la s s a y s oi ti sc o n s i d e r e dt h a tt l l eh i g h e rp - h + - a t p a s ea c t i v i t yi n d u c e d b yh a o rc aw a sp a r l ya t t h b u t e dt ot h ei n c r e a s eo ft h ee n z y m ea m o u n t s t h ea c t i v i t yo fc e l la n t i o x i d a n te n z y m e ss u c ha sc a t a l a s e ( c a t ) ，p e r o x i d a s e ( p o d ) a n ds u p e r o x i d e d i s m u t a s e ( s o d ) w e r eg r a d u a l l yd e c r e a s e d ，b u tt h e0 2 g e n e r a t i o nr a t ea n dh 2 0 2c o n t e n t ，r e l a t i v e c o n d u c t i v i t ya n dm d ac o n t e n tw e r er a p i d l yi n c r e a s e d h o w e v e r , i nh ap l a n t s ，t h e0 2 ：g e n e r a t i o nr a t e a n dh 2 0 2c o n t e n ti n c r e a s e dt oac e r t a i nd e g r e ea n dt h e nd e c r e a s e d ，t h er e l a t i v ec o n d u c t i v i t ya n dm d a c o n c e n t r a t i o nm a i n t a i n e dr e l a f i v el o w e rl e v e lt h a nt h o s ei nc o n l r o lp l a n t su n d e rc o l ds t r e s s i ti s i m p o a a n tt h a t ，t h ec h a n g et e n d e n c yo fa l lt h o s ei n d e x e si nc ap l a n t su n d e rh e a ts t r e s sw a sc o n s i s t e n t w i t ht h a ti nh ap l a n t su n d e rc o l ds t r e s s t h e s er e s u l t sp r e s e n t e dh e r es u g g e s t e dt h a tas i m i l a r a n t i o x i d a n tm e c h a n i s mw a si n v o l v e di nt h ec h i l l i n gr e s i s t a n c ei n d u c e db yh aa n dh e a tt o l e r a n c e i n d u c e db yc a s u b c e l l u l a rl o c a l i z a t i o no fh s p 7 0a n ds h s p l 7 6i nm e s o p h y l lc e l lo fc h i l l i n g - t r e a t e dp l a n t sa f t e r a b s t r a c t h aa n do fh e a t - t r e a t e dp l a n t sa f t e rc aw e r es t u d i e dw i t hi m m a n o g o l de l e c t r o nm i c r o s c o p i ct e c h n i q u e t h er e s u l t ss h o w e dt h a th s p 7 0w a sm a i n l yl o c a t e di nt h ec m o r o p l a s t ，s t a r c hg r a n u l e s ，m i t o c h o n d r i a ， n u c l e u sa n dc y t o p l a s m t h ed i s t r i b u t i o no fs h s p l 7 6i nm e s o p h y l lc e l lw a ss i m i l a rt ot h a to fh s p 7 0 ， b u tt h e r ew a sn oi m m u n o g o l dl a b e l i n go fs h s p l 7 6i nt h es t a r c hg r a n u l e s t h eg o l dp a r t i c l e sd e n s i t yo f l a b e l i n gs h s p l 7 6w a sf e w e rt h a nh s p 7 0 t h ei m m u n o - s i g n a li n t e n s i t yo ft w oh s p se s p e c i a l l yo f s h s p l 7 6w a si n c r e a s e da f t e rh a ，a n dr e m a i n e dm u c hs t r o n g e ri nh ap l a n t st h a nt h a ti nc o n t r o lo n e s d u r i n gc o l ds t r e s s t h e r ew e r en oo b v i o u sc h a n g e si nt h ea m o u n t so ft w oh s p sb e t w e e nc ap l a n t sa n d c o n t r o lo n e s h o w e v e r , t h ee x p r e s s i o no ft w oh s p s w a ss i g n i f i c a n t l yi n d u c e db yc a d u r i n gh e a ts t r e s s t h es i m i l a rr e s u l t sw e r eo b m i n e db ys u b c e l l u l a rl o c a l i z a t i o na n dw e s t e r n - b l o ta n a l y s i s i tw a s h y p o t h e s i z e dt h a th s p 7 0a n ds h s p l 7 6w e r ei n d u c e db yh ao rc ac o u l dp r o t e c t e dt h es t a b i l i t yo f m e m b r a n es y s t e mf r o mt h ed a m a g ei n d u c e db yt e m p e r a t u r es t r e s s e s ，a n dt h a tt h er e s i s t a n c et oc o l do r h i g ht e m p e r a t u r es t r e s sw a se n h a n c e di ng r a p ep l a n t s m o r e o v e lw ec o n f i r m e dt h a tt h ee x p r e s so ft w o h s p sw a sr e g u l a t e db yh aa tt r a n s c r i p t i o na n dt r a n s l a t i o nl e v e l s g r a p eb e l l i e sr m 如v i n i f e r ac v j i n g x i n ) w e r ep r e t r e a t e df o r1 0hi n a i re i t h e ra t3 8 ( h e a t p r e t r e a t m e n t ) o ra t2 5 ( c o n t r 0 1 ) a n dt h e nt r a n s f e r r e dt o - 2 f o ro ，3 ，6 ，1 2 ，2 4 ，4 8a n d7 2h ， r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dw i t ht h e c o n t r o lw i t h o u th e a tp r e t r e a t m e n t ，m e m b r a n ep e r m e a b i l i t ya n d m a l o n d i a l d e h y d e ( m d a ) w e r er e d u c e da n dt h ea c t i v i t i e so fp e r o x i d a s e ，s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) a n dc a t a l a s ew e r ei n c r e a s e di nt h eh e a t - p r e t r e a t e db e r r i e su n d e rc h i l l i n gs t r e s s h e a tp r e t r e a t m e n tc o u l d p r o t e c tt h eu l t r a s t r u c t u r eo ft h ep e r i c a r pc e l l sa g a i n s ts u b s e q u e n tc h i l l i n gi n j u r y i nt h ec o n t r o lb e r r i e s ， t h eu l t r a s t r u e t u r eo fp e r i c a r pc e l l sw a ss i g n i f i c a n t l yd a m a g e du n d e rc h i l l i n gs t r e s s ，w i t hd i s o r d e r e d s t r o m al a m e l l a ei nt h ec h l o r o p l a s to rp l a s t i d ，a ni n d i s t i n c tn u c l e a rm e m b r a n e ，l o o s e rc e l lw a l l s ， d i s o r g a n i z e do ra b s e n tm i d d l el a m e l l aa n dal e s si d e n t i f i a b l en u c l e a rm e m b r a n e a f t e r7 2ho fc h i l l i n g s t r e s s t h ec e l l u l a ro r g a n e l l e sc o u l dn ol o n g e rb ei d e n t i f i e d t h e s er e s u l t so f f e r e dc y t o l o g i c a le v i d e n c e t h a tb e r r i e ss u b j e c t e dt oam i l dh e a ts t r e s sc o u l da c q u i r et o l e r a n c et os u b s e q u e n tl e t h a ll o wt e m p e r a t u r e s m e a n w h i l e ，h e a tp r e t r e a t m e n tc o u l di n d u c et h ee x p r e s s i o no fh s p 7 0a n ds h s p l 7 6a tt r a n s c r i p t i o na n d t r a n s l a t i o nl e v e l s t h er e s u l t ss u g g e s tt h a tc r o s s - a d a p t a t i o nc o u l db ei n d u c e di 1 1g r a p eb e r r i e sa n dt h e f r u i tc o u l da d a p t ，a tl e a s tp a r t l y , 1 0l o wt e m p e r a l u r et e m p e r a t u r et h r o u g hh e a tp r e t r e a l m e n t - i n d u c e d t o l e r a n c e k e yw o r d s ：g r a p ep l a n t ，g r a p eb e r r y , t e m p e r a t u r e - s t r e s sa c c l i m a t e d ，c r o s sa d a p t a t i o n ，c e l l u l a r m e c h a n i s m v 缩略语表 英文缩写 a b a a t p b s a c a m c a t c h c w d t l e g t a e r h s p s i c s m m d a m e s m l n n b t n m n u 0 ，： o g p b s 英文名称 缩略语表 a b s c i s i ca c i d a d e n o s i n e t r i p h o s p h a t e b o v i n es e r u ma l b u m i n c a l m o d u l i n c a t a l a s e c h l o r o p l a s t c e l lw a l l d i a c y l g l y c e r o l 中文名称 脱落酸 三磷酸腺苷 牛血清蛋白 钙调蛋白 过氧化氢酶 叶绿体 细胞壁 二硫苏糖醇 e t h y l e n eg l y e o l - b i s ( b - a m i o n e t h y le t h e r ) n ，n ，n ，已二醇双( 8 - 氨乙基) n - t e t r a a c e t i c a c i d凹乙酸 e n d o p l a s m i cr e t i c u l u m 内质网 h e a ts h o c kp r o t e i n s i n t e r c e l l u a rs p a c e m i t o c h o n d r i o n m a l o n d i a l d e h y d e 热激蛋r 细胞问隙 线粒体 丙二醛 2 - ( n - m o r p h o i n e o ) e t h a n es u l f o n i ca c i d二一( n 吗啡啉) 一乙磺酸 m i d d l el a m e l l a n u c l e u s 4 n i t r ob l u et e t r a z o l i u mc m o r i d e n u c l e u sm e m b r a n e n u c l e o l u s s u p e r o x i d er a d i c a l o s m i o p h i l i cg l o b u l e p h o s p h a t e b u f f e r e ds a l i n e 中胶层 细胞核 氮蓝四唑 核膜 核f i 超氧化物阴离子 嗜锇颗粒 磷酸缓冲液 中国农业大学博士学位论文 p mp l a s m a l e m m a质膜 p m s f p o d p v p p v p p s a s d s s g s o d t v v e l i p h e n y l m e t h y l s u l f o n y lf l u f i d e p e r o x i d a s e p o l y v i n y lp y r r o l d i o n e p o l y v i n y lp o l y p y r r o l i d o n e s a l i c y l i ca c i d s o d i u md o d e c y ls u l f a t e s t a r c hg r a i n s u p e r o x i d a s e t o n o p l a s t v a c u o l e v e s i d e s 苯甲磺酰氟 过氧化物酶 聚乙烯n 比咯烷酮 聚乙烯聚吡咯烷酮 水杨酸 i 一二烷基磺酸钠 淀粉粒 超氧化物歧化酶 液泡膜 液泡 囊泡 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。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 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：袤瓴舅钥、 时间：扩吧悻歹月，4 日 f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阕，可以采用影印、缩印或扫接等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：禧设掮、时间：p 寸年月，午日 导师签名 砰 鹤阃：2 妒弓砗局f 乒b 笫一章文献综述 第一章文献综述 适宜温度是植物生k 发育的必要条件，过高或过低的温度胁迫对植物整个发育过程都会造成 不利的影响。近年来，伴随新技术推动经济发展的同时，环境生态平衡的破崩、日益加剧，不正常 气候向人们的挑战也愈加严峻。不适宜的温度胁迫常会引起果树花器官发育不良，致使其不能正 常授粉、受精而发生落花落果现象；果实发育后期遭遇高温常会引起果实的“口灼病”。同时， 高、低温伤害也一直是限制粮食作物、花卉、蔬菜及一些经济作物地理分布和产量的重要因素， 而且至今还没有根本的解决办法。 低温冷藏是果蔬采后的一种基本而主要的保鲜方式，而大多果蔬的采收都是在夏秋高温季节 特别是南方的果菜，果蔬由高温采收到低温贮藏，由活体到离体，组织内部发生一系列复杂的生 理生化反应，贮期冷害现象时有发生且难以控制。 众多研究表明，植物对逆境的适戍与抵抗有多种形式，其中通过交义适应获得抗逆性是一种 既经济又环保的有效方式，近年来，热处理诱导植物抗冷性的现象日益受到人们重视，因其在生 产上特别是在减轻果蔬贮期冷害上，具有重要的麻用价值。 目前对交叉适应的现象的发生、可能的作用机理及其相关方面都进行了较多的研究，积累了 一定的资料。本文就近期国内外有关植物交叉适应方面的研究进展作一综述。 1 交叉适应现象的普遍性 1 1 交叉适应在植物中普遍存在 现在越来越多的人认为环境胁迫具有交叉性，植物生长在多变的环境中，往往会同时或相继 遭受多种非生物逆境的影响。同时植物也具有交义适应的能力，即植物在遭受某种菲致死性不良 环境作用后( 持续的或间歇的) ，不仅会增强抵抗这种特定环境的能力，而且能够产生抵抗其它 不良环境的能力，称为植物的交叉适应( c r o s s a d a p t a t i o ni np l a n t s ) ( s a b e h a t e t a i ，1 9 9 8 ；b o w l e r a n d 凡u h r ，2 0 0 0 ) 。 g o n g 等( 2 0 0 1 ) 的研究袭明，热激预处理可诱导玉米幼苗对热、冷、干旱和盐胁迫的交叉 适应性。热激诱导的s h s p l 7 7 的表达可提高玉米植株抵抗高温和紫外辐射( u v - b ) 的能力 ( m u r a k a m ie ta 1 ，2 0 0 4 ) 。干旱预处理也可增强玉米幼苗的耐冷性( j a v i e re ta 1 ，1 9 9 7 ) 和天竺葵 叶片的耐热性( a r o r ae ta 1 ，1 9 9 8 ) 。盐胁迫可诱导马铃薯和菠菜幼苗( r y ue ta 1 ，1 9 9 5 ) 、机械 擦伤可提高番茄叶片( k e l l e r 和s t e f f e n ，1 9 9 5 ) 、紫外辐射( u v - b ) 与热预处理可增强黄瓜 ( c a l d w e l l ，1 9 9 4 ；l e ee ta 1 ，2 0 0 0 ) 的耐冷性；盐、冷和热预处理也可不同程度增强水稻幼苗耐低 温的能力( 曾韶西等，1 9 9 7 ) 。 由此可见，交叉适应现象在多种植物中普遍存在，而且可以概括为二种情况：一是一种胁迫 预处理可诱导植物对多种逆境的抗性，二是通过多种胁迫预处理来增强植物对一种逆境的抵抗 力，三是一种胁迫预处理可诱导植物对另外一种逆境的抗性。 中国农业人学博十学位论文 采，l 亓水果也具有交叉适应能力。热处理可提高许多果实如番茄、芒果、鳄梨、桃、香蕉等果 实的耐冷性( 陆旺金和季作粱，1 9 9 8 ) ；果蔬贮前热处理可保持草莓果实品质( w a n g ，2 0 0 0 ) ，降 低柑橘贮藏期病害的发生程度( p o r a te ta 1 ，2 0 0 0 ) ，减轻番茄低温贮藏时的冷害( m c d o n a l de ta 1 ， 2 0 0 0 ) ，从而延长贮藏期。热处理可以诱导芒果( p e s i se ta 1 ，1 9 9 7 ；朱世江等，2 0 0 3 ) 、鳄梨( w o o l f e la 1 ，1 9 9 9 ) 、桃( 茅林春等，2 0 0 0 ) 、等果实和黄瓜( 乔勇进等，2 0 0 3 ) 等蔬菜产生抗冷性，并 有研究表明，热处理减轻植物冷害的效应可能与某些生理反应或超微结构的变化以及热激蛋白的 合成有关( c o l l i n se ta 1 ，1 9 9 5 ；d i n ge ta 1 ，2 0 0 1 ) 。同时，冷激处理也可诱导香蕉的耐热性。香蕉 经一2 0 。c 冷空气处理2 5h 后，原在高温f 贮藏的香蕉膜脂过氧化减轻，细胞膜透性上升减慢， 脯氨酸积累提高，蛋白质降解受抑( 段学武等，2 0 0 2 ；张昭其等，2 0 0 2 ) 。 1 2 温度逆境锻炼中的交叉适应性 交叉适应现象在温度逆境锻炼中也有所体现。温度逆境锻炼是提高植物抗逆性的一种有效手 段。以往的众多研究表明，高温锻炼可大大提高多种植物的抗高温能力( c h e r te ta 1 ，1 9 8 2 ：何亚 丽等，2 0 0 2 ) ，低温锻炼可明显增强植物的抗寒性( g r a ye ta 1 ，1 9 9 7 ；p u h a k a i n e ne ta 1 ，1 9 9 9 ； t h o m a s h o w , 1 9 9 9 ) 。而近几年的研究发现，温度逆境锻炼中也存在交叉适应现象。对黑麦进行冷 锻炼后，其耐热性有明显提高( f ue ta 1 ，1 9 9 8 ) 。马德华等( 1 9 9 8 ) 在黄瓜上的研究表明，高温 锻炼和低温锻炼均可提高黄瓜幼苗在高温条件下的水扬酸和可溶性蛋白含鼍，提高或保持膜保护 酶的活性，亦能减轻高温对光合作用的危害。高温锻炼和低温锻炼在提高黄瓜幼苗抗热性方面具 有相似的作用。 2 交叉适应的可能作用机理 2 1 生理、生化机制 2 1 1 与细胞结构和膜保护系统变化的关系一一结构基础 植物细胞有着精细的l 勺在结构。众多研究表明，细胞结构特别是膜结构的稳定性与植物的抗 逆性有着密切关系( 张宗中等，2 0 0 1 ) 。抗逆性强的植物，在逆境f 其细胞膜保持稳定状态，膜 结构和组分的变化向着有利于提高抗性的方向发展，如膜脂膜蛋白的比值增加( y o s h i d aa n d u e m u r a ，1 9 8 4 ) 。细胞的超微结构也有明显变化，主要表现在叶绿体、线粒体和液泡的结构与组 分的变化上。l e v i t t ( 1 9 8 0 ) 研究表明，在冷锻炼期间，抗寒性强的冬小麦品种的叶绿体内的贮 存淀粉粒消失，叶绿体膜转变成波浪形，以增强光合效能。在冷锻炼期间，冬小麦幼叶细胞内线 粒体的数营增加，体积增大，内嵴增多，以保证逆境条件下的能量供应( 简令成等，1 9 6 5 ，1 9 7 3 ) ； 液泡内可溶性糖、可溶性蛋白含量增加( l e v i t t ，1 9 8 0 ) ，大液泡被分隔成许多小液泡( 简令成等， 1 9 6 5 ) ，同时液泡膜产生a t p 酶的活性( j i a ne ta 1 ，1 9 8 2 ) 。v a n i 等( 2 0 0 1 ) 研究发现了高温对叶 绿体被膜的破坏。高温锻炼可减轻高温对葡萄叶片细胞超微结构的破坏( 刘悦萍等，2 0 0 5 ) 。由 此认为，细胞膜结构的变化可能是交叉适应产生的结构基础。 2 第一章文献综述 b o w l e r 等( 1 9 9 2 ) 认为各种逆境胁迫对植物的效应在细胞水平上是相似的，其中之一即为氧 化胁迫。氧化胁迫通过活性氧对膜系统的损伤而对植物造成伤害( k r a t s c h ，2 0 0 0 ；v a n ie ta l ，2 0 0 1 ) 。 自由基伤害学说( m c c o r d 和f d d o v i c h ，1 9 6 9 ) 认为，在正常情况下，植物细胞中存在着活性氧 的产生和消除两个过程。逆境胁迫会促进活性氧的产生，损伤膜系统( k e n d a l l 和m c k e r s i e ，1 9 8 9 ； 陈少裕，1 9 9 1 ) 。而植物在k 期进化过程中已形成了抵抗氧化胁迫的机制，包括酶促和非酶促系 统来清除体内过多的活性氧。酶促清除系统在植物抵抗氧化胁迫中具有重要作用，其主要包括过 氧化氢酶( c a t ) 、过氧化物酶( p o d ) 和超氧化物歧化酶( s o d ) 等抗氧化酶类( f r i d v i c h ，1 9 7 5 ； s c a n d a l i o s ，1 9 9 3 ) 。一般而言，抗氧化酶活性的高低与植物的抗逆性强弱有关，抗逆性强的植物其 抗氧化酶活性也相应较高，反之抗逆性弱的植物其抗氧化酶的活性也相应较低( p r a s a d ，1 9 9 7 ； j a n d ae ta 1 ，2 0 0 3 ；k o c h h a rs 和k o c h h a rv i c ，2 0 0 5 ) 。 而f o y e r 等( 1 9 9 4 ) 研究指出，一种逆境引起的氧化胁迫在一定程度上可以激发或诱导植物 体内对活性氧清除能力的提高，从而增强植物对该种或其它逆境造成的氧化胁迫的抗性。氧化胁 迫诱导编码拟南芥s h s p 的a t h s p l 7 6 a 基冈的表达增加，从而增强植株的渗透胁迫耐性( s u ne t a 1 ，2 0 0 1 ) 。曾韶西等( 1 9 9 7 ) 在以盐渍、低温、热激等处理诱导水稻抗寒性过程中发现，其酶促 和非酶促膜保护系统及同工酶的变化有一定的相似之处。由此可见，交叉抗性与植物体内膜保护 系统对活性氧的清除能力密切相关。 2 1 2 与特殊小分子物质的关系一一物质基础 交义适应的产生还可能与逆境下某些低分子化合物的积累有关。在种逆境下引起的特殊低 分子物质如多胺、脯氨酸、谷光甘肽和渗透蛋白等的积累，可以增强多种植物对其它逆境的抵抗 能力( b o n h a m s m i t he ta 1 ，1 9 8 7 ；k u z n e t s o ve ta 1 ，1 9 9 3 ) 。刘明池( 1 9 9 4 ) 研究表明，低温锻炼、 于旱锻炼都可使黄瓜幼苗可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸和a b a 含量显著提高，从而提高幼 苗抗冷性，并因此认为这些共同的变化都是植物具有抗性交义适应的基础，并非a b a 单方面的 作用。 脯氨酸是一种起渗透调节作用的物质，在逆境条件下普遍增加( 赵福康等，2 0 0 2 ；p a r v a n o v ae t a 1 ，2 0 0 4 ) 。由_ f 脯氨酸是一种水溶性最大的氨基酸，具有较强的水合能力，在遇到逆境时可阻止 细胞由丁脱水而引起的伤害( 姚元干等，2 0 0 0 ) 。转基因烟草中脯氨酸的积累可以减轻渗透胁迫 造成的活性氧伤害( h o n ge ta 1 2 0 0 0 ) 。可溶性糖和可溶性蛋白在逆境r 积累的重要意义是保护 膜免受脱水造成的伤害( h e n d r y 和w a l l a c e ，1 9 9 3 ；庞金安和中文云，1 9 9 8 ) 。多胺可促进多种 酶活性功能，与谷光甘肽和膜保护酶等一起维持清除自由基的能力，从而保护膜系统( 黄英金， 1 9 9 9 ) 。烟草中转入拟南芥的编码脯氨酸合成酶的基因( a t p 5 c s ，v a c p 5 c s ) 、果糖或甜菜碱合成 基因( s a c b 或c o d a ) 都有利于保持其在冷冻胁迫下细胞膜的完整性( k o n s t a n t i n o v ae ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 转入脯氨酸合成酶基因( o s p 5 c s 2 ) 同样可提高水稻幼f 笤的抗