鹽地堿蓬膜相關蛋白及其在耐鹽中的作用.pdf

1、高鹽造成的滲透脅迫、離子脅迫嚴重干擾植物體內業(yè)已存在的細胞及整株水平上的水分及離子穩(wěn)態(tài)，造成植物細胞分子損傷、生長減緩，甚至死亡。因而植物對抗鹽脅迫的一個重要策略是在高鹽環(huán)境下重建體內的穩(wěn)態(tài)（homeostasis），包括重建離子穩(wěn)態(tài)（ionic homeostasis）和滲透穩(wěn)態(tài)（osmotic homeostasis）。黎科植物鹽地堿蓬是一種生長在鹽漬土壤中的C3植物，主要分布在中國北部的高鹽地區(qū)，其葉片上沒有鹽腺和鹽囊泡。初步研究

2、表明100—400 mmol/L NaCl處理增加了鹽地堿蓬的鮮重、干重；增加了其體內的離子含量；增加了其肉質化程度。也就是說100—400 mmol/L NaCl處理不但沒有抑制其生長，反而促進了鹽地堿蓬的生長。 眾所周知無論是鹽生植物還是非鹽生植物，其細胞質中的酶和許多重要的代謝過程對Na+都非常敏感。NaCl（100—400 mmol/L）處理大大增加了鹽地堿蓬體內的離子（主要是Na+）含量，但鹽地堿蓬的生長卻受到促進，說

3、明鹽處理條件下鹽地堿蓬的細胞質中并沒有積累過多的Na+，外界高濃度的Na+肯定會使Na+順濃度梯度進入細胞，進入細胞的Na+可能主要有兩個去向，一是液泡，因為在成熟的植物細胞中液泡占到細胞總體積的約90％，所以液泡是Na+的主要去向；另一個就是將Na+排出細胞外。即細胞質內的Na+通過液泡膜和質膜這兩個層面得以降低。 Na+進入細胞后降低了細胞的水勢，有利于細胞從高鹽環(huán)境中吸收水分，吸收水分一方面維持了細胞的膨壓有利于細胞生長

4、，另一方面也能稀釋進入植物體內的Na+，所以鹽漬條件下鹽生植物能否充足的吸收水分也是其耐鹽性的一個重要策略。 本實驗以典型的積鹽型鹽生植物鹽地堿蓬為材料，分析了液泡膜上的相關蛋白在Na+區(qū)隔化入液泡中的作用；質膜上的相關蛋白對Na+外排的作用；質膜水孔蛋白在鹽地堿蓬吸收水分中的作用，主要實驗結果如下： 1.鹽地堿蓬液泡膜H+—ATPase和Na+/H+ antiporter在Na+區(qū)隔化中起重要作用 我們以鹽地堿

5、蓬幼苗為材料，在整株水平上研究了鹽地堿蓬適應高鹽的策略，結果表明：第一，對于鹽地堿蓬來說，Na+是一個有益的元素，100—400 mmol/L的NaCl處理增加了鹽地堿蓬幼苗的生物量；第二，鹽漬條件下，鹽地堿蓬積累Na+的能力很強，鹽處理后它所吸收的Na+總量的94％積累在地上部分，尤其是在葉片中，而葉片中的Na+總量的98％積累在葉片共質體中；第三，和對照相比鹽處理增加了鹽地堿蓬葉片液泡膜V—H+—ATPase水解活性、V—H+—AT

6、Pase質子泵活性和Na+/H+ antiporter活性。并且表明Na+/H+ antiporter活性的增加是由于此基因轉錄和翻譯的增加所致。液泡膜V—H+—ATPase和Na+/H+ antiporter活性的增加在鹽地堿蓬Na+區(qū)隔化入液泡中起重要作用。 2.鹽地堿蓬愈傷組織通過調節(jié)質膜H+—ATPase適應鹽漬環(huán)境 質膜H+—ATPase所建立的跨質膜電化學勢梯度是細胞與環(huán)境之間進行物質交換的主要驅動力。本實驗

7、用不同濃度的NaCl處理鹽地堿蓬愈傷組織，來研究鹽地堿蓬在細胞水平上的耐鹽情況。分別用0、50、150、250 mmol/L NaCl處理愈傷組織7d，結果表明50 mmol/L NaCl是愈傷組織生長的最適NaCl濃度，此時其相對生長速率達到最大值，有機干重明顯高于對照（P<0.05），但其含水量和對照相比沒有顯著變化； 隨著NaCl濃度的增加，各種無機離子（Ca2+除外）和有機溶質的濃度都明顯增加，其中增加最多的是Na+。

8、 在0-150 mmol/L NaCl濃度范圍內，鹽地堿蓬愈傷組織質膜H+—ATPase的水解活性逐漸增大，NaCl濃度為250 mmol/L時，質膜H+—ATPase的水解活性顯著降低。用50 mmol/L NaCl處理愈傷組織時，愈傷組織的質子分泌速率達到最大值，而NaCl濃度為150 mmol/L時，其質子分泌速率與對照相比沒有明顯差別，但NaCl濃度為250 mmol/L時，愈傷組織的質子分泌速率卻顯著下降。 N

9、orthern blot分析表明50 mmol/L NaCl處理增加了愈傷組織PM H+—ATPase基因的表達，處理2天（48小時）時表達量達到最大，隨鹽脅迫時間的延長，鹽地堿蓬愈傷組織PM H+—ATPase基因表達量逐漸降低，但仍明顯高于對照。利用質膜PM H+—ATPase單克隆抗體46E5B11D5對鹽地堿蓬愈傷組織PM H+—ATPase質膜微囊進行Western blot分析發(fā)現(xiàn)：鹽脅迫明顯誘導了鹽地堿蓬愈傷組織PM H+

10、—ATPase蛋白的表達，當NaCl濃度為150 mmol/L時，蛋白量達到最大值。 這些結果表明：鹽地堿蓬愈傷組織細胞通過在基因、蛋白及活性等不同水平上調節(jié)質膜H+—ATPase適應鹽漬環(huán)境。 3.水孔蛋白在鹽漬條件下對鹽地堿蓬葉片的肉質化起重要作用 質膜水孔蛋白決定植物細胞的水分狀況。用100 mmol/L NaCl處理鹽地堿蓬幼苗10 d后測定了鹽地堿蓬幼苗葉片肉質化程度、葉片原生質體的水通透性、葉片質膜水

11、孔蛋白的表達情況。結果表明：鹽處理條件下，鹽地堿蓬葉片的肉質化程度與葉片細胞原生質體的水通透性成正相關，都顯著增加；NaCl處理增加了質膜水孔蛋白的轉錄和翻譯。所以我們認為鹽處理條件下，質膜水孔蛋白活性的增加是由于其轉錄和翻譯上調的結果，這與鹽地堿蓬葉片的肉質化程度的增加一致，說明水孔蛋白在鹽漬條件下對鹽地堿蓬葉片的肉質化起重要作用。 總之，鹽生植物鹽地堿蓬的耐鹽性與其細胞Na+區(qū)隔化、細胞Na+的外排以及細胞對水分的吸收有密切

12、關系。鹽脅迫促進了鹽地堿蓬幼苗液泡膜Na+/H+ antiporter基因的轉錄，酶蛋白含量的增加，進而增大了Na+/H+ antiporter的活性，促進了Na+區(qū)隔化入液泡；鹽脅迫促進了鹽地堿蓬愈傷組織質膜H+—ATPase基因的轉錄，酶蛋白含量的增加，進而增大了質膜H+—ATPase的活性，為質膜Na+/H+逆向轉運蛋白提供了更多的質子驅動力，促進了Na+/H+逆向轉運蛋白的活性，從而促進了細胞質內Na+的外排，減小了Na+的毒害