多胺分解代谢在大豆生长发育和耐盐生理中的作用

摘要

精胺(Spm)、亚精胺(Spd)和它们的二胺前体腐胺(Put)是小分子脂肪族多聚阳离子，广泛存在于植物细胞中，与植物生长发育、形态建成和对逆境响应密切相关。然而，大多数研究主要集中在游离态多胺水平和生物合成酶活性的调节上，对多胺分解代谢及其降解产物的生理作用研究较少。特别是多胺氧化降解是否直接参与植物根系的发育?光是否可通过促进多胺氧化酶活性调节细胞木质素的合成?因而控制植物细胞的发育方向?在遭受盐胁迫时，耐盐性不同的植物基因型多胺氧化降解是有否差异?多胺氧化降解是否参与γ-氨基丁酸积累和向脯氨酸的转化?而通过调节脯氨酸和γ-氨基丁酸的积累参与植物的耐盐性尚缺乏研究。为此，笔者选用耐盐性不同的两个大豆品种Lee 68(耐盐性强)和苏协-1号(SX-1，耐盐性弱)，根据不同的研究目的，采用不同的外源物质处理和高压液相色谱分析技术，研究多胺氧化降解在大豆幼苗生长发育和耐盐生理中的作用。结果如下： 2-羟乙基酰肼(2-HEH，多胺氧化化酶(PAO)、二胺氧化酶(DAO)专性抑制剂)可强烈抑制大豆侧根的发育，降低PAO、DAO活性和H<,2>O<,2>水平，增加内源游离态和结合态多胺含量。在2-HEH处理的同时，外源添加10μmol/L H<,2>O<,2>，可减缓2-HEH对侧根生长的抑制效应。1.0 mmol/L环已胺(CHA，Spd合成酶抑制剂)和Put处理对侧根生长有微弱的促进作用，但这种促进作用可被CHA+DMTU(N，N-二甲基硫脲，H<,2>O<,2>清除剂)和Put+DMTU所降低，处理效果与主根内源H<,2>O<,2>的变化相一致。表明，大豆根系的发育与多胺氧化降解有关；多胺氧化降解产物，尤其是H<,2>O<,2>在大豆根系发育中起重要作用。 光照明显抑制大豆下胚轴的生长，促进PAO、DAO和过氧化物酶(POD)活性，增加H<,2>O<,2>和木质素的积累。H<,2>O<,2>含量与木质素的积累成正相关关系(R<'2>=0.9688)。形成鲜明对比的是，在黑暗中生长的大豆黄化苗下胚轴的PAO、DAO、POD活性和H<,2>O<,2>含量呈下降趋势，木质素含量变化不大。在光照处理的同时，用不同浓度的2-HEH和氨基胍(AG PAO和DAO专性抑制剂)处理根系，在抑制PAO、DAO活性的同时，显著降低在光照生长条件下大豆下胚轴的H<,2>O<,2>和木质素含量。实验结果为光照通过促进PAO、DAO活性，增加H<,2>O<,2>在胞壁中的积累而促进细胞木质素的合成，调节植物细胞分化的假设提供了依据。两大豆品种叶片和根系内源游离态腐胺(fPut)、游离态尸胺(fCad)和游离态亚精胺(fSpd)含量均受盐胁迫的抑制，但耐盐品种Lee68叶片仍可维持较高的fPut和fSpd水平，下降幅度低于盐敏种。在短期不同浓度盐胁迫(6d)下，Lee68根系不能维持高水平的fPut、fCad和fSpd，而在持续盐胁迫下，尤其在6d后fSpd含量又逐渐增加，明显不同与盐敏种fSpd持续下降的变化。游离态精胺(fSpm)水平在大豆根系中含量低，变化不明显，而在SX-1叶片中有大量而显著的fSpm积累。耐盐大豆根系的(fSpd+fSpm)／fPut比值高于盐敏种，但盐敏感大豆叶片的(fSpd+fSpm)／fPut比值明显高于耐盐种。盐胁迫6d后移入1／2Hoagland溶液中恢复6d，可部分恢复大豆根系的fPut、fCad和fSpd含量以及叶片的fSpd水平，降低根系和叶片fSpm水平，但叶片fPut和fCad水平对恢复的反应不明显。耐盐种叶片对fSpd和fSpm的恢复能力略强于盐敏种。耐盐大豆品种叶片仍能维持较高的fPut和fSpd水平，降幅低于盐敏种，这可能与其耐盐性有关，而盐胁迫引起SX-1叶片fSpm的显著增加可能与其盐敏性有关。与内源多胺变化相对应，大豆根系和叶片的PAO和DA0活性明显受盐胁迫的促进，均随盐胁迫浓度的增加而增加。DAO活性主要出现在根系中，而PAO活性叶片与根系相当。Lee 68根系和叶片的PAO活性大于SX-1，而根系的DAO活性SX-1高于Lee 68。在100 mmol／LNaCl胁迫进程中，叶片DAO和PAO活性明显增加；两大豆品种根系的PAO活性与对照无明显差异，而根系DAO活性除3d外也明显受持续盐胁迫的促进。盐胁迫6d后，在1／2Hoagland溶液中恢复6d，可基本消除盐胁迫对根系和叶片DAO和PAO活性的促进作用。PAO和DAO活性都能较好地恢复到对照水平。与PAO活性相对应，大豆根系和叶片的二氨基丙烷(Dap)含量随盐胁迫浓度的增加而增加。耐盐种Lee68的Dap含量大于盐敏种SX-1，叶片高于根系。在盐胁迫进程中，根系和叶片Dap含量虽呈现一定的波动性，但叶片Dap含量明显高于对照(盐胁迫12d时差异不明显)，而根系Dap含量与对照差异不大。在100mm01／LNaCl中胁迫6d后，在1／2Hoagland溶液中恢复6d，两大豆品种叶片和根系的Dap含量可基本恢复到对照水平。耐盐品种Lee 68有较高的Dap含量可能与其较耐盐有关。多胺氧化降解与γ-氨基丁酸(GABA)积累关系研究表明，GABA含量随盐胁迫浓 度的增加而增加，与对照相比，盐胁迫根系GABA含量增加11～17倍。DAO专性抑制剂AG处理在强烈抑制DAO活性、增加大豆根系游离态多胺积累的同时，也抑制了GABA的积累。在100 mmol／L NaCl胁迫6 d后，在1／2Hoagland溶液中恢复6d，发现在降低DAO活性而增加内源游离态多胺积累的同时，也降低了GABA含量。在DAO活性变化与GABA积累间存在着密切的正相关关系。上述结果表明，盐胁迫诱导GABA的积累可部分来源于多胺的氧化降解，其与DAO活性有关。盐胁迫下多胺氧化降解与脯氨酸积累关系研究表明，盐胁迫可促进大豆叶片脯氨酸积累，降低内源fPut和fCad水平，脯氨酸与fPut和fCad含量变化呈反相关关系。AG处理在强烈抑制DAO活性、引起盐胁迫大豆叶片内源fPut和fCad积累的同时，降低脯氨酸含量。外源根施1.0 mmol／LPut引起叶片内源fPut的增加，对盐胁迫大豆叶片脯氨酸积累有明显的促进作用，而外源Cad不影响脯氨酸的积累。外源Put对脯氨酸积累的这种促进作用可被加入1.0 mmol／L AG所抑制。 在正常生长的大豆幼苗中，AG处理虽也可增加大豆叶片的fPut和fCad含量，但对脯氨酸含量的影响不明显；外源Put处理虽可增加叶片内源fPut的含量，但对脯氨酸积累也无增效作用。实验结果暗示，在盐胁迫下大豆叶片发生了Put向脯氨酸的转变，是经DAO催化通过氧化降解进行的。 由于脯氨酸和GABA在植物耐盐生理中各自发挥着不同的作用，根据以上研究，我们认为多胺氧化降解不仅是一条减少游离态多胺的途径，而且其还可通过中间产物GABA的形成、通过调节脯氨酸的积累在植物耐盐生理中发挥作用。

目录

文摘

英文文摘

前言

论文说明：缩略语（Abbreviation）表

原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章文献综述：多胺分解代谢在植物生长和耐盐生理中的作用

第二章多胺分解代谢在大豆生长发育中的作用

第三章多胺分解代谢在大豆耐盐生理中的作用

第四章全文讨论与结论

参考文献

致谢

在读期间论文发表情况