西伯利亚白刺体内游离态多胺的代谢调节及其与抗盐性的关系

摘要

多胺(polyamines,Pas)是生物体氮代谢过程中产生的一类具有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱,主要包括腐胺(putrescine,Put)、亚精胺(spermidine,Spd)和精胺(spermine,Spm)。多胺参与植物生长发育的多种生理生化过程,有清除自由基、稳定细胞膜和调节细胞内的离子平衡等作用,在植物对环境胁迫的适应中起保护作用。西伯利亚白刺(Nitraria sibirica pall.)为蒺藜科(Zygophyllaceae)白刺属(Nitraria L.)强旱生灌木和盐生植物,主要分布在中国西北部的荒漠地区,是该区生态系统的优势种,在维持荒漠生态系统平衡方面具有重要的作用。本研究在实验室已经建立起的西伯利亚白刺茎段快繁体系基础上以西伯利亚白刺试管苗为试材研究其在盐胁迫和外源环己胺作用下体内精胺、亚精胺的作用变化,同时研究试管苗生长状况的改变,探讨多胺在盐生植物盐胁迫下的生理调节功能。研究结果如下:
　　 1.建立起反相高效液相(HPLC)测定盐生植物白刺体内的Pas含量的方法,该方法灵敏度高,结果准确可靠,色谱条件:色谱柱:反向C18柱(kTomasil,250×4.6mm,4μm),流动相:甲醇——水(60:40),流速0.8ml/min,检测波长230 nm,柱温25℃,在该测定条件下能很好的分离精胺和亚精胺。
　　 2.测定白刺试管苗叶片多胺含量结果表明,白刺试管苗体内Put含量极低,在检测灵敏度之下,不同植物会积累不同种类的多胺,在白刺试管苗体内Put的含量很低可能代表了盐生植物在长期的进化中应对胁迫反应主要起作用的是Spd和Spm。
　　 3.盐胁迫(50、200mmol·L-1NaCl)显著影响白刺试管苗体内Pas含量,并且随着胁迫时间的不同,Pas含量的变化很大,盐处理后,Spd含量显著的低于对照组,尤其在高盐(200mmol·L-1)处理下含量最低,这可能是通过改变Spd的含量从而调节PA总量处于一定的合适状态,避免PA积累太多而对植物造成伤害。50mmol·L-1NaCl处理后促进白刺试管苗的生长,200mmol·L-1 NaCl明显抑制白刺试管苗的生根、生长,生物量显著低于对照和50mmol·L-1 NaCl处理。对照和50mmol·L-1 NaCl处理后在30d Spd含量最高,分别是15d的1.17倍和1.28倍,45d达最低值。白刺生长不同阶段的Spd含量不同,这可能也表明了Spd与生长有关。
　　 15d-30d期间Spm受盐胁迫较为显著,这表明Spm含量的变化可能是白刺应对早期盐胁迫做出的一种反应。
　　 4.测定盐胁迫下白刺试管苗根、茎、叶各器官中多胺含量,表明不同盐浓度处理对试管苗各器官中多胺含量的影响不同,叶片中的多胺对盐胁迫较为敏感,茎段和根中的多胺只有在高盐胁迫下才是受到抑制。盐对Spd和Spm影响不同,高盐主要抑制根部中的Spd含量,进而影响地上部的含量,Spm在根部未受到抑制,主要影响地上部的含量。
　　 5.外施环己胺(Cyclohexylamine,CHA),阻断Spd的代谢途径,发现Spd含量降低,显著的低于50mmol·L-1 NaCl处理组,甚至低于200mmol·L-1 NaCl处理组中的亚精胺含量,同时伴随着叶绿素合成减少,细胞质膜透性增高,这表明白刺对盐有响应规律的同时,体内多胺也有一定的变化,太高或者太低都不利于白刺苗的生长。
　　 根据我们的实验结果和前人的研究报道,表明游离态的Spd和Spm在保护植物抵抗盐害有重要的作用,调节渗透势,保持阳离子平衡,调节细胞内的pH,是白刺试管苗在长期盐胁迫下重要的生化指标;同时在植物生长发育中也发挥着重要的作用。抑制Pas的合成会加重盐胁迫的伤害,所以Pas在植物的抗盐性中有重要的意义。