鹽脅迫對黃瓜幼苗根系脯氨酸和多胺代謝的影響

1、鹽脅迫對黃瓜幼苗根系脯氨酸和多胺代謝的影響1段九菊,郭世榮*,樊懷福,王素平,康云艷南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,南京(210095摘要:采用營養(yǎng)液栽培,研究了鹽脅迫對抗鹽能力不同的兩個黃瓜品種幼苗根系脯氨酸(Pro和多胺(PAs代謝的影響。結(jié)果表明,鹽脅迫通過提高吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS活性,抑制脯氨酸脫氫酶(ProDH活性,從而引起Pro含量顯著升高,抗鹽性較強的長春密刺三者變化幅度顯著大于抗鹽性較弱的津春2號;鹽脅迫下長春密刺根系精氨酸脫羧酶(ADC、鳥氨酸脫羧酶(ODC和s-腺苷蛋氨酸脫羧酶(SAMDC活性升高顯著大于津春2號,腐胺(Put合成后迅速轉(zhuǎn)化為亞精胺(Spd和精胺(Spm,

2、而津春2號根系多胺氧化酶(PAO活性升高顯著大于長春密刺,引起Put顯著積累;隨著Put積累開始降低,兩品種根系Pro含量顯著增加。表明鹽脅迫誘導(dǎo)黃瓜幼苗根系較高的Pro、Spd、Spm含量和較低的Put含量有利于提高幼苗對鹽脅迫逆境的適應(yīng)能力,鹽脅迫下黃瓜幼苗根系PAs代謝和Pro代謝密切相關(guān),Put的積累一定程度上促進了Pro含量的增加。關(guān)鍵詞:鹽脅迫,黃瓜幼苗,脯氨酸,多胺1引言鹽脅迫通過滲透脅迫、離子毒害、營養(yǎng)失衡等引起植物體內(nèi)許多生理生化的變化1,抑制植株生長。鹽脅迫下過量無機離子的進入使得細胞內(nèi)正常氮代謝紊亂2,使之趨向積累滲透溶質(zhì)的方向轉(zhuǎn)變,如脯氨酸(Pro3、多胺(PAs4等含

3、氮化合物的生物合成被明顯激活,從而提高植株滲透勢,以適應(yīng)鹽脅迫逆境。研究表明脅迫條件下植物體內(nèi)Pro和PAs代謝密切相關(guān),但研究結(jié)果仍不一致。Aziz等5發(fā)現(xiàn)遭受鹽脅迫的番茄葉片外植體中,腐胺(Put和亞精胺(Spd含量降低與Pro開始積累具有一定的相關(guān)性,外施低濃度的Put能刺激Pro的積累,外施Put合成抑制劑二氟甲基鳥氨酸(DFMO能抑制Pro的積累。高濃度鎘(200uM脅迫的大豆根瘤中也發(fā)現(xiàn)隨Put含量降低,Pro含量顯著增加6。而Frederik7發(fā)現(xiàn)過度含水導(dǎo)致N代謝紊亂的甜菜愈傷組織中,Pro 通過降解生成鳥氨酸從而促進PAs的合成。高溫傷害下,黃瓜花粉萌發(fā)過程中也發(fā)現(xiàn)可能存在由

4、Pro合成PAs的途徑8。Tonon1等9卻認為非致死脅迫條件下,Pro和Put變化保持一致,1本課題得到高校博士點基金科研項目(20050307031;江蘇省農(nóng)業(yè)三項工程項目(SX(2005088資助。-1-只有在致死脅迫條件下,Pro和Put代謝才相互競爭?；谏鲜鰻幾h,本文以抗鹽性不同的兩個黃瓜品種為試材,研究NaCl處理對黃瓜幼苗根系Pro和PAs代謝的影響以及二者之間的關(guān)系,為弄清Pro和PAs代謝之間的關(guān)系以及探討二者在黃瓜幼苗鹽脅迫逆境適應(yīng)中的生理作用提供依據(jù)。2材料與方法2.1材料與處理以抗鹽性較弱的津春2號(Jinchun No.2和抗鹽性較強的長春密刺(Changchun

5、mici黃瓜(Cucumis sativus L.品種為材料。種子經(jīng)消毒、浸種、催芽后播于裝有石英砂的育苗盤中育苗,溫室晝溫2530,夜溫1518。子葉完全展開后澆灌1/2劑量的日本山崎黃瓜專用配方營養(yǎng)液,待幼苗第二片真葉展平時,挑選整齊一致的植株定植于裝有1個劑量的營養(yǎng)液水槽內(nèi)(pH6.5±0.1,EC2.22.5,氣泵通氣(40min·h-1。預(yù)培養(yǎng)2d后,將幼苗分成兩部分開始處理:一部分為正常營養(yǎng)液栽培;另一部分于處理當(dāng)天下午6點向營養(yǎng)液中添加NaCl(分析純至終濃度為50mmol·L-1。分別于處理后0、12、60、108、156小時(h取幼苗根系中部,測

6、定Pro和PAs含量及其代謝酶活性,每處理每次取樣3株,試驗重復(fù)3次。試驗結(jié)果均采用SAS軟件Duncan多重比較法(P<0.05進行統(tǒng)計分析。2.2Pro含量測定采用水和茚三酮法10測定。2.3P5CS、ProDH活性測定2.4PAs含量測定在劉俊等13方法的基礎(chǔ)上加以改進,稱取1.0g鮮樣,加入3.2mL預(yù)冷的5%PCA冰浴研磨,4勻漿1h后,于12000×g離心30min(4。取上清1.0mL,加入2mol/LNaOH 2.0mL和15uL苯甲酰氯,渦旋混勻,37保溫30min后加入4mL飽和NaCl混勻,再加入2mL乙醚萃取,3000×g離心5min,取1ml

7、醚相吹干,剩余物溶于100ul甲醇,-20保存待測。取10ul用Dionex P680型高壓液相色譜分析儀檢測,流動相為64%的甲醇(超純水配制,Kromasil反相C18柱(250mm×4.6mm,流速0.8mL·min-1,柱溫25,檢測波長254nm。以Put、Spd、Spm(精胺(Sigma公司產(chǎn)品作標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.5ADC、ODC、SAMDC、PAO活性測定-2-3結(jié)果與分析3.1鹽脅迫對幼苗根系Pro含量的影響 圖1鹽脅迫對黃瓜幼苗根系Pro含量的影響Fig.1Effects of salt stress on proline contents in roots

8、of cucumber seedlings 圖1表明,兩品種對照區(qū)幼苗根系Pro含量相近,處理期間無顯著變化。NaCl脅迫處理,隨脅迫時間延長,兩品種Pro含量均呈先上升后下降的變化趨勢,于脅迫后108h(4.5 d時達到峰值;處理期間長春密刺Pro含量升高幅度顯著大于津春2號,峰值處長春密刺較對照相比升高了58.77%,而津春2號僅升高了30.65%。3.2鹽脅迫對幼苗根系P5CS、ProDH活性的影響P5CS是植物體內(nèi)催化游離Pro合成的關(guān)鍵酶17,ProDH是催化游離Pro降解的關(guān)鍵酶18。圖2表明,兩品種對照區(qū)幼苗根系P5CS和ProDH活性處理期間均保持相對穩(wěn)定。NaCl 脅迫處理,

9、隨脅迫時間延長,兩品種P5CS活性均呈先上升后下降的變化趨勢,于脅迫后108 h時達到峰值,而品種之間無顯著差異。長春密刺根系ProDH活性于脅迫0h后即開始顯著下降,脅迫末期又有所回升;津春2號于脅迫后60h(2.5d才開始顯著降低,且-3-4-下降幅度遠小于長春密刺。圖2鹽脅迫對黃瓜幼苗根系Pro 代謝酶活性的影響Fig.2Effects of salt stress on Pro metabolism enzyme activities in roots of cucumber seedlings3.3鹽脅迫對幼苗根系PAs 含量的影響圖3鹽脅迫對黃瓜幼苗根系PAs 含量的影響Fig.3

10、Effects of salt stress on PAs contents in roots of cucumber seedlings如圖3所示,處理期間兩品種對照區(qū)幼苗根系Put 、Spd 和Spm 含量均保持相對穩(wěn)定, 其中Spd含量最高,約占總PAs的5070%,Put次之,Spm含量最低。NaCl脅迫處理,隨脅迫時間延長,兩品種PAs含量均呈先上升后下降的變化趨勢。Put于脅迫后60h達到峰值,之后迅速降低;Spd含量長春密刺于脅迫后0h即顯著上升,60h達到峰值,津春2號僅在60h時顯著高于對照,之后立即降至對照以下;Spm于脅迫后108h達到峰值。脅迫條件下長春密刺Spd和Sp

11、m含量升高幅度顯著大于津春2號,而Put積累小于津春2號。3.4鹽脅迫對幼苗根系A(chǔ)DC、ODC、SAMDC、PAO活性的影響 圖4鹽脅迫對黃瓜幼苗根系PAs代謝酶活性的影響Fig.4Effects of salt stress on PAs metabolism enzyme activities in roots of cucumber seedlings ADC、ODC和SAMDC是PAs生物合成過程中的關(guān)鍵酶19。圖4表明,處理期間兩品種對照區(qū)幼苗根系A(chǔ)DC、ODC和SAMDC活性基本保持不變。NaCl脅迫處理,隨脅迫時間延長,三種酶活性呈先上升后下降的變化趨勢。ADC于脅迫后108h達到峰值;ODC于脅迫后60h達到峰值;SAMDC于脅迫后108h達到峰值。長春密刺三種酶活性鹽