（植物学专业论文）中华补血草（limonium+sinense+kuntze）盐诱导膜蛋白基因的克隆与表达.pdf

日h 舌 土壤盐渍化是影响农业生产，导致农业生物量减少的主要非生物胁迫因子之 一。植物耐盐基因工程被认为是培育耐盐植物、开发利用盐碱荒地最有效、最经 济的手段，但有效目的基因的缺乏，特别是来自盐生植物的耐盐基因，是限制植 物耐盐基因工程发展的一大障碍。 利用泌盐盐生植物中华补血草建立的e s t 数据库，发掘来自盐生植物的耐盐 基因，对植物耐盐基因工程具有重要的价值和意义。 高盐胁迫造成了植物生物量、渗透调节物质含量的差异等生理变化，高盐导 致的植物损伤的本质还不是十分的清楚，其中一个重要原因可能是高盐胁迫使植 物产生活性氧。为防止活性氧的损伤，植物采用了这样一套防御系统，这一套防 御系统的酶包括：超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等，由这些酶负责 催化清除植物体内的自由基。对植物在盐胁迫条件下生物量、渗透调节物质、保 护酶活性的生理检测可以起到对耐盐基因工程的指导作用。 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 科。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者躲鸯卿 导师签字 学位论文版权使用授权书 一3 哩 本学位论文作者完全了解堂控有关保留、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。 本人授权三监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) 学位论文作者签名营奸 签字日期：2 0 0 1 年6 月c e t 导师签字： i ；鹕 签字日期：2 。7 年6 月9 日 山东师范大学硕士学位论文 中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s ek u n t z e ) 盐诱导膜蛋白基因 的克隆与表达 ( 山东师范大学生命科学学院，山东济南，2 5 0 0 1 4 ) 中文摘要 土壤盐渍化是影响农业生产，导致农业生物量减少的主要非生物胁迫因子之 一。盐分胁追主要包括渗透胁迫、离子胁迫及其造成的一系列次级胁追如氧化胁 迫等，严重干扰植物体内业已存在的细胞及整株水平上的水分及离子稳态，造成 植物细胞分子损伤，生长延滞甚至死亡。植物耐盐基因工程被认为是培育耐盐植 物、开发利用盐碱荒地最有效、最经济的手段，但有效目的基因的缺乏，特别是 来自盐生植物的耐盐基因，是限制植物耐盐基因工程发展的一大障碍。本论文的 主要目的是利用真盐生植物补血草建立的e s t 数据库，发掘来自盐生植物的耐 盐基因。 高盐胁迫造成了植物生物量的下降：n 矿、k + 含量和分布的变化；部分渗透 调节物质含量的差异等生理变化。高盐导致的植物损伤的本质还不是十分的清 楚，其中一个重要原因可能是高盐所产生的活性氧的缘故。为防止活性氧的损伤， 植物采用了这样一套防御系统，这一套防御系统的酶包括：超氧化物歧化酶、过 氧化氢酶、过氧化物酶，由这些酶负责催化清除植物体内的自由基。 1 中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s e ) k + 通道基因的表达 对补血草做n a c l 处理，浓度为0 、1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 、5 0 0 、6 0 0m m 0 1 l 。 n o r t h e r n 杂交显示中华补血草c 通道基因表达量在盐浓度梯度处理下呈先下降 后上升然后再下降的趋势，在2 0 0 m m oi l 盐浓度处理条件下表达量最低， 3 0 0 r e t o o l 。l 。和4 0 0 m m oi u 盐浓度处理时表达量最大，随后又随盐浓度的升高而 下降。 2 中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s e ) f l a 基因的表达 对补血草做n a c i 处理，浓度为2 0 0 m m 0 1 l ，时间分别为0 、1 2 、2 4 、4 8 、 7 2 、9 6 小时，n o r t h e r n 杂交显示中华补血草f l a 基因在盐时间梯度处理下的表 达呈现先增长后下降的趋势，在4 8 小时表达量达到了最大值。 山东师范大学硕士学位论文 3 中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s e ) n k c c 基因的表达 对补血草做n a c l 处理，浓度为2 0 0 r e t 0 0 1 l ，时间分别为0 、1 、3 、6 、1 2 、 2 4 小时，n o r t h e r n 杂交显示中华补血草n k c c 基因在盐时间梯度处理下的表达 星现逐渐下降的趋势，在1 小时和3 小时表达量最大。 4 n a c l 对中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s e ) 生长的影响 随n a c i 处理浓度的增加，中华补血草植株的生长势呈明显的衰退趋势，用 1 0 0m m 0 1 l - n a c l 处理，生长状况优于对照植株，其它浓度处理下生长均不及对照 株。 5 n a c l 对中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s e ) n a + 、k + 、c r 含量 的影响 中华补血草她上部及根部的n a + - i 争量随盐浓度的升高而逐步升高；k + 含量 则在1 0 0m m 0 1 l n a c l 浓度时达到最大值，在较低及较高盐浓度时c 含量都呈 现下降趋势；a 啥量随外界盐处理浓度的增加面呈上升趋势。 6 n a c l 对中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s e ) m d a 、s s 、s o d 、 p o d 、a 玎含量的影响 m d a 含量在1 0 0m m 0 1 l - 处理时最低，随盐浓度的增加呈上升趋势；s s 含 蹙与m d a 含量正相反；s o d 、c a t 含量均在1 0 0m m 0 1 l - 处理对达射最大值， 随盐浓度的增加含理下降；p o d 活性在1 0 0 5 0 0m m 0 1 【盐处理浓度下呈逐渐 下降趋势，在6 0 0m m 0 1 l 盐处理浓度下又明显增加。 关键词：中华补血草，盐诱导，膜蛋白基因，生长，保护酶 分类号：q 9 4 5 2 山东师范大学硕士学位论文 c l o n ea n de x p r e s s i o no fs a l t - i n d u c e dm e m b r a n ep r o t e i ng e n e so f 工i m o n i u ms m e t l s gk u n t z e ( c o l l e g eo f l i f es c i e n c e ，s h a n d o n gn o r m a lu n i v e r s i t y , j i n a n , 2 5 0 0 1 4 ) a b s t r a c t ：s o i ls a l i n i t yi so n eo ft h em a j o rs i i e s sf a c t o r sl i m i t i n gt h eg r o w t ha n d p r o d u c t i v i t yo fc r o pp l a n t si na g r i c u l t u r a lf i e l d s s a l ts t r e s sc o n s i s t i n go f o s m o t i ca n d i o n i cs 舡e s s ，a n dt h e nt h es e c o n d a r ys t r e s ss u c ha so x i d a t i v es t r e s sa r i s i n gb y t h e m , c a n d i s r u p t h o m e o s t a s i si n 、) l ，a t c r p o t e n t i a la n di o nd i s t r i b u t i o n t h i s d i s o r d e ro f h o m e o s t a s i so c a 【l r sa tb o t ht h ec e l l u l a ra n dt h ew h o l ep l a n tl e v e l s d r a s t i cc h a n g e si n i o na n d 强国l 盯h o m e o s t a s i sl e a dt om o l e c u l a rd a l n a g e g r o w t hi n h i b i t i o na n de v e r d e a t h p l a n ts a l t - t o l e r a n tg e n e t i ce n g i n e e r i n gw a sc o n s i d e r e da st h em o s te f f e c t i v ea n d e c o n o m i c a lm e a n st ob r i n gu ps a l t - t o l e r a n tp l a n t sa n dt oe x p l o i ts a l tw a s t e l a n d t h e l a c ko fe f f i c i e n tg e n e s ，s a l t - t o l e r a n tg e n e ss p e c i a l l yc o m i n gf r o mh a l o p h y t e sh a sb e e n t h eo b s t a c l et ol i m i ti t sd e v e l o p m e n t t h em a i no b j e c t i v e so ft h ed i s s e r t a t i o nw e r et o u t i l i z e a e d n a l i b r a r y o f h a l o p h y t e l i m o n i u m s i n e n s e t o e x p l o i t n e w e f f i c i e n t g e n e s h i 曲s a l ti n a k et h eb i o m a s so fp l a n t sd e s e a n d e d ；c h a n g e i n gt h ec o n t e n ta n d d i s t r i b u t i n go fn a + a n dk ? ；s o m ei n f i l t r a t ea d j u s ts u b s t a n c e sa n dm i ) ac o n t e n t c h a n g i n g t h en a t u r eo f t h ed a m a g et h a th i 曲s a l tc o n c e n t r a t i o n si n f l i c to np l a n t si sn o t e n t i r e l yd e a r a ni m p o r t a n tc a t l s eo fd a m a g em i g h tb er e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ( r o s ) g e n e r a t e db y s a l ts t r e s s t o p r o t e c tt h e m s e l v e sa g a i n s tt h e s e t o x i c o x y g e n i n t e r m e d i a t e s ，p l a n t se m p l o yd e f e n s es y s t e m st h a ti n c l u d et h ee n z 节i l e s s u c ha s s u p e r o x i d ed i s m u t a s e s ( s o d ) ，c a t a l a s e s ( c a t ) ，p e r o x i d a s o ( p o d ) ，t h a tc a t a l y z et h e s c a v e n g i n go f r o s 1 t h ee x p r e s s i o no f k + - c h a n n e lg e n eo f l i m o n i u ms i n e n s e t h es e e d l i n g so fl i m o n i u ms i n e n s ew e r ec u l t u r e di nh o a g l a n dw i t hd i f f e r e n t s a l i n i t i e s - o ，1 0 0 ，2 0 0 ，3 0 0 ，4 0 0 ，5 0 0 a n d 6 0 0m m 0 1 l n a c i r e s p e c t i v e l y n o r t h e r n a n a l y s i sr e v e a l e dt h ee x p r e s s i o no fk + - e h a n n e lg e n eo fl i m o n i u ms i n e n s ed e c r e a s e t h e ni n c r e a s ea n dt h e nd e c r e a s e 、i mt h ei n c r e a s i n go fn a c ic o n c e n t r a t i o na n di t r e a c h e st h em i n i m t l mu n d e rc o n d i t i o no f2 0 0m m 0 1 l - n a c l ，t h ee x p r e s s i o ni s m a x i m b l nu n d e rc o n d i t i o no f 3 0 0 a n d4 0 0m m 0 1 l - n a c i 3 山东师范大学日i 士学位论文 2 t h ee x p r e s s i o no ff l a g e n eo f l i m o n i u ms i n e n s e n 蟛s e e d l i n g so f l i m o n i u ms i n e n s ew e l ec u l t u r e di nh o a g l a n dw i t h2 0 0m m 0 1 l n a c is a l i n i t i e s 刃培t i m e sa r e0 ，1 2 ，2 4 ，4 8 ，7 2 ，9 6h o u r sr e w p e e t i v e l y n o r t h e m a n a l y s i sr e v e a l e dt h ee x p r e s s i o no f f l a g e n eo fl i m o n i u ms i n e n s ei n c r e a s ea n d t h e nd e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s i n go ft i m e sa n di tr e a c h e st h em a x i m u mu n d e r c o n d i t i o no f 4 8h o u r s 3 1 1 1 ee x p r e s s i o no fn k c c g e n eo f l i m o n i u ms i n e n s e 1 1 舱s e e d l i n g so f l i m o n i u ms i n e n s ew 帆c u l t u r e di nh o a g l a n dw i t h2 0 0m m 0 1 r n a c ls a l i n i t i e s t h et i m e sa r e0 、1 、3 、6 、1 2 、2 4h o u r sr e s p e c t i v e l y n o r t h e r na n a l y s i s r e v e a l e dt h ee x p r e s s i o no ff l a g e n eo fl i m o n i u ms i n e n s ed e c r e a s ew i t ht h e i n c r e a s i n go f t i m e sa n di tr e a c h e st h el m x i n a u i l au n d e rc o n d i t i o no fla n d3h o u r s 4 e f f e c t sn a c lt r e a t m e n t s0 1 1g r o w t ho f l i m o n i u ms i n e n s e 1 1 地g r o w t ho fl i m o n i u ms i n e n s ed e c r e a s e w i t ht h ei n c r e a s i n g o fn a c i c o n c e n t r a t i o na n di tr e a c h e st h em a x i m u mu n d e rc o n d i t i o no f1 0 0m m 0 1 l n a c l i ti s b e t t e rt h a nc o n t r o la n do t h e r sa l eo p p o s i t i o n ， 5 e f f e c t s n a c l t r e a t m e n t s o n n a + 、k ? 、c i 。c o n c e n t r a t i o n o f l i m o n i u m s i n e n s e n l e n r c o n c e n t r a t i o n o fs h o o ta n dr o o t o f l i m o n i u m s i n e n s e i n c r e a s e w i t h t h e i n c r e a s i n go fn a c lc o n c e n t r a t i o n ：k ? c o n c e n t r a t i o nr e a c h e st h en l a x i m l l mu n d e r c o n d i t i o no f1 0 0m m 0 1 u n a c l , i td e c r e a s ew i t ht h ec h a n g i n go f n a c ie o t w e n t r a t i o n ： c 1 c o n c e n t r a t i o ni n c t e a q ew i t ht h ei n c r e a s i n go f n a c le o n e e n l r a f i o n 6 e f f e c t sn a c it r e a t m e n t so nm d a 、s s 、s o d 、p o d 、c a i c o n c e n t r a t i o no f l i m o n i u m s i n e n s e 1 1 1 ec o n c e n t r a t i o no f m d ai sm i n i m u mu n d e rc o n d i t i o no f1 0 0r e t 0 0 1 l n a c i , i t i n c r e a s ew i t ht h ei n e r e a s i n go fn a c lc o n c e n t r a t i o na n dt h ec o n c e n t r a t i o no fs s o p p p s i t i o n a l l y ；t h ec o n c e n t r a t i o no f s o d 、c a t i sm a x i m i l m u n d e rc o n d i t i o no f1 0 0 m m 0 1 l n a c i ，i td e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s i n go fn a c lc o n c e n t r a t i o n ；t h ea c t i v i t yo f p o dd e c r e a s ew i t ht h ei n c r e a s i n go f n a c lc o n c e n t r a t i o nu n d e rc o n d i t i o no f1 0 0 5 0 0 m m 0 1 l b u ti ti n c r e a s ed i s t i n c t l yu n d e rc o n d i t i o no f 6 0 0m m 0 1 l n a c i 4 山东师范大学硕士学位论文 k e yw o r d s ：l i m o n i u ms i n e n s ek u n t z e ；s a l t - i n d u c e d ；m e m b r a n ep r o t e i ng e n e s ； g r o w t h ；p r o t e c te 1 1 z y n l e c a t e g o r y ：q 9 4 5 5 山东师范大学硕士学位论文 第一部分文献综述 盐胁迫是影响植物生长、发育和农作物产量的主要环境胁迫因子之一。全 世界约有2 0 的土地盐渍化，还有近一半的灌溉土地受次生盐溃化的影响【1 1 。 我国也有3 亿多亩土地盐渍化，约占可耕地面积的2 5 。随着我国人口的剧增及 工农业的快速发展，小城镇建设步伐加快，可耕地面积急剧下降，而不合理的农 业措施又造成了大量耕地次生盐渍化陆3 1 。盐渍化对可耕地的破坏一直严重影响 着远古文明和现代文明【4 】，盐渍化已成为最重要的影响社会经济发展的环境因素 之一嘲。 盐分对植物的伤害主要包括两方面：其一，土壤中较高的溶质浓度导致的水 分亏缺：其二，植物吸收水分的同时吸收了过多的盐离子所带来的离子毒害，特 别是n 矿毒害。高浓度n r 可置换质膜和细胞内膜系统所结合的c a 2 + ，膜所结合 的离子中n a + c a 2 + 比增加，膜的通透性增大，同时，植物体内活性氧代谢系统的 平衡受到影响，活性氧含量增加，而活性氧清除剂( s o d 等) 活性及含量降低， 膜脂过氧化或膜脂脱月譬作用被启动，面导致膜的完整性被破坏，差别透性丧失， 电解质及某些小分子有机物大量渗漏，细胞物质交换平衡破坏，进而导致一系列 生理生化代谢紊乱，使植物受到伤害 0 3 。植物降低n a + 的毒害的主要策略有离子 外排和区域化，这两方面都与植物跨膜离子转运蛋白有着密切的关系。 盐胁迫主要体现在渗透胁迫和离子不平衡造成的离子毒害和营养匮乏等方 面，使得植物生长受到抑制，光合下降、能耗增加、衰老加速，甚至死亡嘲。正 常情况下，带电的无机离子必须通过质膜上专一的转运蛋白才能进出细胞。胞质 对钾、钠离子的选择性调节主要依赖于质膜和液泡膜的阳离子转运系统，这些系 统是由膜上的转运蛋白组成的，每种转运蛋白负责运输某一种或某一类离子，具 有严格的种类与数量控制。研究植物的离子运输对理解植物耐盐的机理及调节至 关重要。 l 、植物对盐胁迫的适应 l 。1 植物的耐盐机理 盐生植物根据耐盐机理的不同可以分为稀盐盐生植物( s a l t - d e l u t i o n h a l o p h y t e s ) 、泌盐盐生植物( s a l t - s e c r e t i o nh a l o p h y t e s ) 和拒盐盐生植物 6 山东师范大学硕士学位论文 ( s a l t - e x c l u s i o nh a l o p h y t e s ) v 一。稀盐盐生植物主要的耐盐方式为茎或叶的肉质化， 还包括渗透调节和离子区域化；许多农作物主要通过拒盐方式来抵抗盐害，所谓 拒盐就是不让外界盐分进入植物体，或进入植物体后将它们集中在根部，不让盐 分进入植物代谢活跃的地上部分1 9 】。泌盐盐生植物体中具有特殊的泌盐结构一盐 腺或盐囊泡，可将植物体内过多的盐分排出体外，所以能很好的适应盐渍环境， 在多种盐渍环境中皆能生存，如盐湖、盐漠、盐渍草甸、盐沼等1 1 0 1 。泌盐盐生植 物的耐盐机理主要是通过盐腺泌盐、渗透调节和离子区域化。 1 2 盐腺的结构 泌盐盐生植物的叶片和茎部表皮细胞发育分化成盐腺( s a l tg l a n d ) ，通过这 些盐腺，将从根系吸收到植物体内的盐分排到体外，从而保持植物体内较低水平 的盐分，使植物体免遭盐害。盐腺主要有两类，一类叫盐囊泡( s a l t b l a d d e r ) ， 另一类叫盐腺( s a l tg l a n d ) ，盐腺又有双细胞盐腺和多细胞盐腺之分l l o l 。盐腺细 胞中有大量由膜包围的小液泡，有大量的线粒体为离子运输提供能量。盐腺泌盐 是一个被动和主动协同作用的过程。 ， 多细胞盐腺存在于双子叶植物的许多科中，不同科的泌盐盐生植物盐腺细 胞数目和排列方式又有各自的特点，如：报春花科海乳草盐腺包括一个收集细胞、 一个柄细胞和4 8 个分泌细胞，含中央大液泡的收集细胞在基部，与之相连的是 大而扁的柄细胞，再外部是4 8 个分泌细胞。柽柳科无叶柽柳盐腺由排列成4 对的 8 - i 细胞组成，基部2 个液泡化的收集细胞，其外6 个细胞质浓稠的分泌细胞。马 鞭草科海榄雌盐腺由数个收集细胞( 2 - 4 个) ，一个盘状柄细胞和8 个( 或1 2 个) 细胞质浓的分泌细胞组成。补血草盐腺由1 6 个细胞组成，e p 4 个收集细胞、4 个毗 连细胞、4 个杯状细胞和4 个分泌细胞。紫金牛科蜡烛果盐腺由一具单独的基细胞 和2 0 - 4 0 年分泌细胞组成。另外，属于多细胞盐腺的泌盐盐生植物还有爵床科的 老鼠勒属、瓣鳞花科的瓣鳞花属、海桑科的海桑属、旋花科的番薯属、玄参科的 火焰草属，以及红树科的红树属、角果木属、木榄属等植物【l l 】。 单子叶植物禾本科植物的盐腺结构简单，为双细胞盐腺，大米草具有典型 的禾本科植物盐腺，由一个较大的基细胞和一个小圆顶状帽细胞组成。帽细胞位 于基细胞颈状突起的上部，两者均具有浓稠的细胞质、大的细胞核、多数线粒体、 一些小的液泡、游离核糖体、肉质网、高尔基体和质体【1 0 l 。基细胞具有遍布整个 7 山东师范大学硕士学位论文 细胞的壁突起和隔膜系统将细胞质分离，帽细胞的显著特征是核仁明显，染色质 遍及整个核质并沿核膜分布，基细胞肩部和底部与表皮细胞和叶肉细胞之间没有 角质层隔开，而基细胞与附近的叶肉细胞和帽细胞邻接的壁上有明显的胞间连 丝。帽细胞上部的角质层明显厚于周围部分，圆顶的角质帽有一些小孔。禾本科 植物的盐腺分为3 类：a 、盐腺下陷于表皮细胞层分泌功能强，如大米草、獐 毛等植物的盐腺；b 、盐腺突起于表皮细胞层，腺体无分泌功能或分泌功能很弱， 如隐花草属和黍属植物的盐腺；c 、盐腺在表皮细胞层半下陷，腺体具有较弱的 分泌功能，如雀稗属植物的盐腺。 盐囊泡是一类特殊的盐腺，其特殊表现在它分泌的盐分不是排出体外，而 是积存在一个泡状细胞内，盐囊泡存在于藜科的一些属中，如滨藜属的所有种类、 藜属的多数种类以及猪毛菜属的部分种类【l l 】。一般情况下，盐囊泡由一个柄( 1 - 4 个柄细胞) 和一个膨大的泡关细胞细组成，柄细胞和结构与盐腺的各种细胞相似， 细胞质浓稠，有较多的线粒体、内质网和许多小液泡，与盐腺不同的是盐囊泡柄 细胞含有叶绿体。柄细胞通过大量胞间连丝与泡状细胞和相邻的叶肉细胞相连， 成熟的泡状细胞有一个很大的中央液泡，边缘细胞质中含有线粒体、小液泡高尔 基体和叶绿体。盐囊泡有一层很厚的多层次的角质层与表皮细胞连接【l o 】。 1 3 泌盐机理 关于盐腺的泌盐机制，由于离子进入盐腺是逆着电化学梯度进行的和是一 种非电解质的运输，只知道它是一个主动的生理过程，其所需能量均由代谢产生 提供，所以对低氧低温特别敏感，更细致的了解目前尚不清楚，仍停留在假说阶 段。 ( 1 ) 分泌作用的渗透机制假说 这个假说由a r i z 等( 1 9 5 5 ) 【r i i 提出。盐离子主动的积存到盐腺细胞中，从 而增大盐腺细胞的渗透势，即导致流体静压力的产生，当盐腺压力达到最高水平 以后，则通过周期性的微小滴，向盐腺分泌细胞外部排出以解除这种压力，认为 盐腺的分泌作用，俨然是一个物理过程。 ( 2 ) 盐腺分泌作用是胞饮相反作用的假说 这个假说由z i e g i 盯和l u t t g e ( 1 9 6 7 ) 1 1 2 】以及s hi m o n y 和f a h n ( 1 9 6 8 ) 1 4 1 提 s 山东师范大学硕士学位论文 出。他们认为盐腺的分泌作用是通过以前积存在一些小细胞质囊泡中的盐液， 向细胞外表面排出的过程，是一个相反的胞饮现象。 ( 3 ) 盐腺的分泌作用类似动物液流运输系统假说 这个假说s l e v e r t n g 和t h o m s o n ( 1 9 7 2 t ”1 ) 提出，他们发现大米草属植物盐 腺显著不同于双子叶植物，盐腺的基部细胞中的唯一物质是具有围绕胞外通道的 各种分割的膜，这种结构就参与分泌作用，另外通过这种特殊结构与动物细胞组 织系统比较研究，发现大米草属植物盐腺的分泌机制几乎与动物液流运输系统相 同。他们提出在盐腺基部细胞中有一个主动的将离子分泌到分隔膜的胞外通道 的作用，这个过程是通过利用线粒体提供的能量来完成的。如果假设有一个偶 联的溶水的运输系统，则水分将被动地沿着渗透梯度通过基细胞进入胞外通道。 近年来，泌盐机理研究进展缓慢，对上述假说既无证实的也无反驳的报道。 s t o r e y 等( 1 9 8 3 ) i s l 利用x - r a y 微量分析法对滨藜叶片的不同部位的细胞及细胞 的不同部位的n a + 、k + 、( 2 1 等离子进行定位分析，认为叶细胞的细胞质倾向 于选择心两排斥n a + 。n a + 、a 。离子经过一系列偶联的离子区域化，最终进 入盐囊泡的大液泡中r 图1 1 。 9 山东师范大学硕士学位论文 图1 滨黎( a 们 p l e x s p o n r i o s a ) 在6 0 0 m m o l l n a c l 条件下盐囊泡泌盐图解 f i g 1s c h e m a t i c d i a g r a m o f 髓l t 靶c r e 虹o n b ys a l t b l a d d e r o f a t r i p l e x s p o n g i o s a g r o w n o n 6 0 0 m m o l p ln a c i b s ：维管整鞘细胞。v s - 导管岛栅栏细胞 王：表皮下细胞，e ；表皮细胞，b ；泡状细胞，o ： 保卫细胞，箭头表c 0 2 和h 2 0 的运动方向b s ：b u n d l es h e a t hc e l l ，v s ：v a s c u l a rs y s t e m ，p ： p a l i s a d ec e l l ，h ：h y p o d e r m a lc e l l ，e ：e p i d e r m a lc e l l ，b ：h l a d d 盯c e l l ，g ：g u a r dc e l l a i t o w ss h o w c 0 2a n d1 4 2 0m o v e m e n t 泌盐盐生植物在受到盐胁迫时，不但可以将盐分排出细胞之外，还可以通 过液泡膜上的n a + 逆向转运蛋白将盐分集中到液泡中，这种盐分在细胞中的 区域化分布既防止了细胞质中的盐离子浓度过高产生毒害，又可以起到渗透调节 的作用【1 6 1 。 目前般认为补草盐腺泌盐的过程如下： 叶肉细胞盐离子主箍_ 收集细胞主纂_ 分泌细胞至薯煞_ 分泌到细胞外 1 4 泌盐盐生植物补血草 l o 山东师范大学硕士学位论文 泌盐盐生植物种不仅有许多种经济植物，而且许多泌盐植物还是极其重要 的资源植物：第一，由于世界性的淡水缺乏和耕地次生盐渍化的不断加重，海水 灌溉农业成为今后的研究方向，可用海水灌溉的植物，目前看来，最有前途的是 盐生植物资源，其中包括泌盐盐生植物。第二，通过研究泌盐盐生植物对盐渍 生境的生态适应机制，可以发掘提高农作物抗盐能力的途径。第三，泌盐盐生 植物还是重要的抗盐种质资源库，某些泌盐盐生植物与农作物亲缘关系较近，如 禾本科的某些种类以及豆科的野大豆等，这些都是很有利用价值的种质资源，可 以利用遗传学手段与近缘农作物杂交，以提高农作物抗盐能力。第四，泌盐盐 生植物还提供生物抗盐基因库。通过在研究泌盐植物对盐渍生境的适应机制基 础上，进一步利用分子生物学手段，确定泌盐盐生植物的特殊抗盐基因，然后，将 这些基因分离，克隆，并转移到非抗盐农作物中，以培育出抗盐的转基因作物新 品种，使其能正常生长在盐渍土地上，充分将盐碱地利用起来，这在我国可发挥 极大经济效益，因为我国约有3 3x 1 0 6h m 2 盐荒地，6 6x 1 0 6h m 2 次生盐渍化土 地，能对这些土地很好利用，对我国的农业发展的意义是不可估量的【l 中华补血草( l i m o n i u ms i n e n s ek u n 泣) 属兰雪科多年生草本泌盐盐生植物， 又名匙叶菜，矾松，根名海罗卜。可改善盐地土壤结构，使盐土脱盐，被誉为盐 碱地改造的“先锋植物”。中华补血草具有祛湿、清热、止血等功效，还可作为 插花材料。中华补血草为盐碱地指示植物，喜生于沿海盐渍化的低洼湿地上。主 要分布子我国的东北、华北及陕、甘、宁等的盐碱地上。经2 0 0 1 年2 月1 3 日农 业部第一次常务会议讨论通过，中华补血草属被列入中华人民共和国农业植 物新品种保护名录污骞- 2 ) 。 2 钾离子通道： 2 1k + 的吸收 钾是植物正常生长所必需的大量元素之一，在植物生长、发育等许多生理过 程中起重要作用，是唯一一种植物所必需的以相对高浓度存在的阳离子。k + 可 作为细胞生长和气孔作用的渗调剂；平衡可扩散和不可扩散阴离子电荷；与5 0 种以上的植物酶的催化活性相关并参与许多代谢过程( 包括光合作用、氧化代谢 和蛋白质合成) ，对植物生长起着非常重要的作用1 1 8 1 。因此保持胞质内较高的 k + n a + 比对于植物生长非常必要，但在植物受到盐害时，这种高的k + n a + 比值 山东师范大学硕士学位论文 往往由于n a + 含量的增加而降低，这主要是因为k + _ 和n a + 具有相似的水合离 子半径，使得部分运输k 十的载体亦有运输n a + 的功能1 1 9 。 2 2k + 吸收的两种机制 一般认为植物对k ? 的吸收主要有两种系统：系统i 为低亲和性k + 吸收系 统，n a + 、k + 的选择性较高，在外界k + 浓度较高( 1 l om m o1 l 1 ) 时介导k + 的 吸收，是一种被动的k 十吸收过程即高亲和力吸收机制，需要消耗能量，主要靠 c 通道来完成；系统为高亲和性k + 吸收系统，对n a + 、k + 的选择性较低， 在外界k ? 浓度较低( o 0 0 1 0 2 m m oil 1 ) 时介导k ? 的吸收，主要由c 载体 完成【2 0 】。 在正常生理情况下，外界k + 的浓度处于微摩尔数量级，而在细胞质中的k ? 浓度为8 0 - 2 0 0 m m o l l ，k + 的吸收主要通过高亲和力k + 载体，并不受n d 抑制。 n d 胁迫使k | + 吸收由低亲和方式转向高亲和方式，以提高站的吸收，恢复细 胞内n 矿+ 比t 2 1 1 。 。 2 。2 1 低亲和性k + 通道 已确定的k + 通道大致可分为3 种类型：内向整流k + 通道+ i n w a r d r e c t - i f i i n gc h a n n e l s ，k m c s ) ，外向整流k + 通道深+ o u t w a r dr e c t i f y i n g c h a n n e l s , k o r c s ) 、电压不依赖型阳离子通道( v o l t a g ei n d e p e n d e n tc a t i o n c h a n n e l s , v i c s ) 。内向整流k + 通道m c s ) 是对k + 浓度敏感的、依赖电压的、 对k + 亲和力低的通道【2 2 1 ，如拟南芥的a k ti t 2 3 l ，主要存在于细胞的质膜上， 具有特殊的电势依赖性，在细胞膜超极化o a y p e r p o l a r i z a t i o n ) 的电压条件下被激 活打开，即在跨膜电势很低时被打开，引起胞外的k + 流入胞内【2 4 1 。而拟南芥a k t l 缺失突变体与野生型对盐分所表现出的相似敏感性表明：a k t1 没有或极 少有运输n 矿的功能【2 5 l 。外向整流k + 通道( k o r c s ) 在质膜去极化时开放，介 导k + 外排及n a + 内流【2 6 1 。通过膜片钳技术已从许多植物品种和组织中鉴定到 k o r c s l 2 7 i 。从大麦根中分离出的k c i - r c s 具有较高的i c 小a + 选择性引，而从 拟南芥根细胞中得到k o r c s 却对na + 有较高的选择性 2 9 1 。这些通道中有一种无 选择性外向整流通道( n o n s e l e c t i v e o u t w a r dr e c t i f y i n g c o n d u c t a n c e ，n o r c ) 对阳离 子吸收没有特殊选择性，胞质内c a 2 + 离子浓度上升即可将其激活【。许多研究 表明，植物细胞质膜上还存在电压不依赖型阳离子通道( v o l t a g ei n d e p e n d e n t 山东师范大学硕士学位论文 c a t i o n c h a n n e l s ，v i c ) 。这些通道比电压依赖型通道( r j r c 和k o r c ) 具有较高的 n d k + 选择性【3 1 1 。1 9 9 8 年a m t m a n n 和s a n d e r s 3 2 1 提出了不同阳离子通道的简单 模型并认为电压不依赖型通道是高盐环境q a n a + 吸收的主要途径。 2 2 2 高亲和性k + 载体 目前从植物根中分离的高亲和性k + 运输载体有两种，其一为与细菌 ( a c h r o mo b a c t e r ) 和酵母( s a c c h a r o m y c e sc e r e v i s i a e ) 同源的k u p h a l ( 基因家族 ? u p t a k c 仃a n s p o r t e r 坷g h a m m t y t r a n s p o r t e r ) 【”3 6 】；其二为m 汀1 ( m g h a 蜘t yk + t r a n s p o r t e r ) 运输体，即高亲和性k + 运输体h k t 【3 卜3 9 】。在拟南芥 中已发现6 个编码k u p h a k 高亲和k ? 运输载体的同源基因【3 3 1 ，大麦中也发现 爿让“鼢和爿诟翻胞基因【川。地蛐，遭输体通过姗协同作用发挥效应并有较高 的k + 选择性，n a + 可在毫摩尔浓度范围内竞争性阻碍h a k 运输k ? 3 5 , 3 6 1 ，且大 毵i v h 4 k 1 在毫摩尔n a + 浓度下可介导n a + 吸收肼l 。小麦t a h k t i 是第一个从植 物中鉴定的编码h k t i 蛋白，在微摩尔n d 浓度下为n a 铂0 协同运输体，在毫 摩尔n a + 浓度下为n a + 单向运输体【3 7 1 。面拟南赉：a t h k t l 只运输n a + t 3 8 】，水稻 h k t 有2 个基因编码，o s h k t l 类他a a t h k t l 为n 矿运输体，而o s h k t 2 类似t a h k t i 可作为n a + k + 协同运输体或单向运输体，o s h k t i 基因转录活性在低外界k + 浓 度下增加而在高外界n a + 浓度下降低3 9 】。r u s l 4 0 1 等的研究结果进一步表明既t l 蛋f 弦n a + 吸收中的重要作用。盐胁迫条件下，拟南芥h k t l - s o s 3 双突变体植株n a + 含量明显降低，甚至比野生型还低，而k + 含量明显高于野生型。由此可肋t h i c i l 不只是c 运输系统，它也控$ ) j n d 内流，是n a + 和k + 内流系统调节者( r e g u l a t o r ) ， 同时也可能控制n a + 进入木质部进而控制n a + 向地上部分的运输。以上结果可以 看出，部分吸收和运输k + 的转运蛋白确实有吸收和运输n a + 的功能，但其具体 的吸收机制和调控机制仍不清楚。 2 31 0 吸收的调节机制 关于k + 的吸收调节的分子机制还不十分清楚。微电极技术表明，高亲和住 k + 吸收必定是由一