鹽脅迫逆境對(duì)禾本科植物物質(zhì)代謝的影響

1、鹽脅迫逆境對(duì)禾本科植物物質(zhì)代謝的影響 綜述：在自然界中，禾本科植物在 生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中常常會(huì)遭遇干旱、高鹽、高溫、低溫不利條件的影響，承受各種逆 境的脅迫。鹽脅迫是對(duì)糧食作物危害程度僅次于干旱脅迫的非生物脅迫因子，本文 就鹽脅迫分別對(duì)小麥、玉米、水稻等禾本科植物葉片、抱子、種子中蛋白質(zhì)組、磷 酸化蛋白質(zhì)、可溶性糖、谷蛋白等物質(zhì)代謝實(shí)驗(yàn)作分析探討。正文：一、鹽脅迫與恢復(fù)條件下栽培一粒小麥葉片蛋白質(zhì)組與磷酸化蛋白質(zhì)組比較 分析栽培一粒小麥T.monococcum作為一種與普通小麥有重要親緣關(guān)系的二倍體小麥，其基因組較小，從蛋白質(zhì)組層次研究其在鹽脅迫下的反應(yīng)有助于尋找耐鹽相關(guān) 蛋白，為進(jìn)一步克隆轉(zhuǎn)化耐

2、鹽基因，提高小麥等禾本科植物的耐鹽性提供一定的基 礎(chǔ)。利用比較蛋白質(zhì)組學(xué)的方法研究了在四個(gè)濃度處理及恢復(fù)條件下栽培一粒小麥T.monococcum葉片蛋白組動(dòng)態(tài)變化，通過(guò) MALDI-TOF-TOF串聯(lián)質(zhì)譜鑒定出91個(gè)差異表達(dá)蛋白，這些蛋白涉及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)運(yùn)、脅迫抵抗、光合作用、能量、蛋 白折疊裝配降解、細(xì)胞機(jī)構(gòu)等多方面。其中，光合作用相關(guān)蛋白在占了總差異蛋 白的40%左右；脅迫與抵抗相關(guān)蛋白占了 8%;與蛋白折疊、分配、和降解相關(guān)蛋 白占9%。從這些蛋白中發(fā)現(xiàn)了一些與抵抗鹽脅迫相關(guān)的蛋白，這些蛋白可以作為 耐鹽研究的候選蛋白。此外，通過(guò) Pro-Q Diam ond磷酸化蛋白染色對(duì)160m和

3、 240m鹽脅迫處理及恢復(fù)條件下葉片磷酸化蛋白質(zhì)組進(jìn)行了分析，鑒定得到24個(gè)磷酸化蛋白。這些蛋白主要包括信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白、激酶和氧化還原蛋白等。結(jié)合比 較蛋白質(zhì)組和磷酸化蛋白組得到的信息，進(jìn)一步確定了一些與植物耐鹽密切相關(guān)的 蛋白，比如：烯酰基載體蛋白還原酶，甜菜堿醛脫氫酶、可逆地糖化多肽等，這將 為闡明禾本科作物耐鹽機(jī)理，克隆并轉(zhuǎn)化耐鹽蛋白基因提供理論依據(jù)。二、蘇打鹽堿脅迫對(duì)北方粳稻小抱子發(fā)生發(fā)育的影響本研究選在吉林省西部地區(qū)典型的蘇打鹽堿地中科院大安鹽堿地生態(tài)試驗(yàn)站中 進(jìn)行，以期為水稻耐鹽堿育種提供細(xì)胞生物學(xué)方面的理論基礎(chǔ)。2010年在站內(nèi)選擇吉林省西部地區(qū)典型的輕度與重度蘇打鹽堿地作為供試土

4、壤，并根據(jù)水稻溫室耐鹽堿鑒定結(jié)果選擇耐鹽堿性相對(duì)較強(qiáng)的東稻4”和耐鹽堿性相對(duì)較弱的 吉粳88”兩個(gè)粳稻品種作為供試材料。研究結(jié)果表明，利用石蠟切片方法觀察水稻花粉發(fā)育過(guò) 程中發(fā)現(xiàn)，耐鹽堿性較強(qiáng)的水稻品種整個(gè)水稻花粉發(fā)育過(guò)程所受到的影響要小于耐 鹽堿性相對(duì)較弱的水稻品種；而在小抱子母細(xì)胞減數(shù)分裂期，無(wú)論是耐鹽堿性較強(qiáng) 的東稻4”還是耐鹽堿性較弱的 告粳88”所受到的影響都最大；在對(duì)水稻成熟花粉 粒進(jìn)行掃描電鏡觀察后發(fā)現(xiàn)，蘇打鹽堿脅迫對(duì)水稻成熟花粉粒結(jié)構(gòu)的影響最主要體 現(xiàn)在對(duì)萌發(fā)孔蓋和萌發(fā)孔環(huán)結(jié)構(gòu)的影響，耐鹽堿性較弱的吉粳88”在重度鹽堿脅迫下萌發(fā)孔蓋和萌發(fā)孔環(huán)均出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象，而耐鹽堿性較強(qiáng)的東稻

5、4”在輕度與重度蘇打鹽堿脅迫下花粉活力分別為 94.3%和89.6%，而耐鹽堿性較弱的 吉粳88”的 花粉活力分別為92.1%和 79.8%，均低于 東稻4”；而利用花粉萌發(fā)法測(cè)定花粉活 力東稻4”在輕度與重度鹽堿脅迫下分別是 65.3%和61.4%，而吉粳88”分別為5702%和 48.9%，雖然花粉活力值低于I-KI染色法測(cè)定結(jié)果，但是 東稻4”花粉活力仍高于吉粳88”。通過(guò)上述幾方面的研究結(jié)果，初步認(rèn)為蘇打鹽堿脅迫條件對(duì)于水稻小抱子發(fā)生 與發(fā)育的影響較為明顯，而且不同耐鹽堿性的水稻品種所表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象是有區(qū)別 的，耐鹽堿性較強(qiáng)的水稻品種所受到的影響小于耐鹽堿性較弱的水稻品種，并且可 以明

6、確蘇打鹽堿脅迫對(duì)水稻花粉發(fā)育最主要的影響體現(xiàn)在對(duì)絨氈層結(jié)構(gòu)的影響，而 對(duì)于水稻成熟花粉粒表面結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在萌發(fā)孔蓋和萌發(fā)孔環(huán)結(jié)構(gòu)上的破 壞。三、鎘脅迫對(duì)不同抗性小麥品種可溶性糖轉(zhuǎn)運(yùn)及谷蛋白表達(dá)的影響在大田栽培條件下，以耐鎘性強(qiáng)的中育10號(hào)和耐鎘性弱的豫麥18兩個(gè)小麥品種為試驗(yàn)材料，鎘處理設(shè)置四個(gè)水平，處理濃度分別為0mg/kg、10 mg/kg、50mg/kg、100 mg/kg，研究了鎘脅迫對(duì)不同耐鎘性小麥品種旗葉、籽?？扇苄蕴恰⒆?粒淀粉含量、籽粒谷蛋白含量、籽粒谷蛋白亞基含量及表達(dá)的影響。1、鎘脅迫對(duì)不同小麥品種旗葉可溶性糖含量的影響不同。低、中鎘處理下，耐鎘性強(qiáng)的中育10號(hào)旗葉可

7、溶性糖含量呈增加趨勢(shì)，高鎘處理下則下降，而耐鎘性弱的豫麥18則隨鎘處理濃度的增加急劇降低。低、中鎘處理下，灌漿期中育10號(hào)旗葉可溶性糖平均含量分別較對(duì)照增加了3.0%、5.9%，高鎘處理則下降了 17.5%，豫麥18依次較對(duì)照下降了 3.5%、12.5%、25.7%。2、鎘脅迫對(duì)不同品種小麥品種籽?？扇苄蕴呛偷矸酆康挠绊懖煌?。在低鎘處理下，中育10好灌漿期間籽?？扇苄蕴瞧骄枯^對(duì)照增加 了 7.3%，中、高鎘處理則下降了 5.1%、16.2%。豫麥18在低、中鎘處理下，分別 較對(duì)照組上升了 8.8%、11.3%,高鎘處理則下降了 11.0%;中育10號(hào)籽粒淀粉平均 含量隨著鎘處理濃度的升高

8、依次降低，較對(duì)照下降了4.1%、8.6%、13.1%。豫麥18在低鎘處理下較對(duì)照增加了 5.5%，中、高鎘處理則下降了 13.7%、24.1%。3、鎘脅迫對(duì)不同品種小麥品種籽粒谷蛋白及其組分含量的影響不同。籽粒谷蛋白含量除中育10號(hào)低鎘處理下較對(duì)照增加了 3.1%外，兩個(gè)品 種隨著土壤鎘濃度升高均呈下降趨勢(shì)。籽粒 HMW-GS含量，中育10號(hào)隨著鎘處 理濃度升高，依次較對(duì)照增加 21.7%、26.9%、31.8%，豫麥18則呈下降趨勢(shì)。籽 粒HMW-GS含量，除中育10號(hào)在低鎘處理下較對(duì)照增加了 1.3%外，兩個(gè)品種隨 著土壤鎘濃度升高均呈下降趨勢(shì)。4、鎘脅迫對(duì)不同小麥品種籽粒谷蛋白表達(dá)的影響

9、不同。低鎘處理下中育10號(hào)B、C區(qū)條帶的顏色較對(duì)照深，說(shuō)明谷蛋白的表達(dá)收到促進(jìn)； 中、高鎘處理下其號(hào)B、C區(qū)條帶的顏色較對(duì)照逐漸變淺，說(shuō)明籽粒谷蛋白表達(dá) 圖譜顏色較對(duì)照逐漸變淺，說(shuō)明鎘脅迫抑制了豫麥18谷蛋白的表達(dá)，且抑制作用隨著鎘濃度升高而增加。四、種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下玉米種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響實(shí)驗(yàn)研究了種子引發(fā)對(duì)玉米萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在研究引發(fā)處理增強(qiáng)玉米耐鹽性的機(jī)理，為種子引發(fā)技術(shù)在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。以“ A060233”X “ 0223（ T ,耐鹽性較強(qiáng)）和種子進(jìn)行引發(fā)處理。采用營(yíng)養(yǎng)液砂培 試驗(yàn)，設(shè)4個(gè)NaCI濃度脅迫下，引發(fā)處理與未引發(fā)處理相比，種子出苗率增加， 促進(jìn)了苗高和根的生長(zhǎng)，葉面積、苗干重、根干重和耐鹽指數(shù)增加，葉綠素和脯氨 酸含量升高，地上部和地下部的 K +Na+值增加。由此得出，采用合理的種子引 發(fā)技術(shù)可以有效提高玉米苗期的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，減少離子為害，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，進(jìn) 而提高耐鹽性。參考文獻(xiàn)【1】首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，北京，100048呂東文Saminathan李鑫馬超穎李寧晏月明鹽脅迫與恢復(fù)條件下栽培一粒小麥葉片蛋白質(zhì)組與磷酸化蛋白質(zhì)組比較分析【2】中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長(zhǎng)春， 130012李景鵬左靜紅楊福蘇打鹽堿脅迫對(duì)北方粳稻小抱子發(fā)生發(fā)育的影響