過(guò)量積累甜菜堿改善小麥耐鹽性的生理機(jī)制研究.pdf

1、在鹽漬、干旱等脅迫環(huán)境中，植物細(xì)胞內(nèi)通常積累一些相容性物質(zhì)，從而減輕環(huán)境脅迫對(duì)植物造成的傷害，甜菜堿是主要的相容性物質(zhì)之一。甜菜堿醛脫氫酶(BADH)在植物體內(nèi)甜菜堿生物合成過(guò)程中處于關(guān)鍵地位，BADH基因工程是提高植物體內(nèi)甜菜堿含量的重要手段。本實(shí)驗(yàn)以一個(gè)野生型小麥(Triticum aestivum L．)株系和三個(gè)轉(zhuǎn)菠菜BADH基因小麥株系為材料，200mmol/LNaCl溶液處理小麥幼苗(一葉一心期)2天和4天，模擬不同程度的鹽

2、脅迫條件，從水分狀況的維持、抗氧化活性的改善以及蛋白功能保護(hù)等方面，研究了過(guò)量積累甜菜堿對(duì)小麥光合作用及抗鹽性的改善機(jī)制。檢測(cè)指標(biāo)包括甜菜堿含量、相對(duì)含水量、滲透調(diào)節(jié)能力、有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和無(wú)機(jī)離子含量、抗氧化酶活性、光合熒光參數(shù)、葉綠素含量、希爾反應(yīng)活力、ATPase活性以及類囊體膜類脂組分等。主要結(jié)果如下： 1．過(guò)量積累甜菜堿通過(guò)改善滲透調(diào)節(jié)和離子平衡調(diào)節(jié)促進(jìn)了小麥從鹽迫環(huán)境中持續(xù)吸水，維持了相對(duì)較好的水分狀況。 (

3、1)外源BADH基因的導(dǎo)入明顯誘導(dǎo)了轉(zhuǎn)基因株系甜菜堿含量的增加。積累的甜菜堿除了本身是一種有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以外，還通過(guò)促進(jìn)其它有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，如脯氨酸和可溶性糖，維持了鹽脅迫條件下小麥葉片及根系較高水平的滲透調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)了吸水，從而維持轉(zhuǎn)基因小麥株系較好的水分狀況。 (2)鹽脅迫導(dǎo)致小麥體內(nèi)有毒害作用的Na<'+>和Cl<'->含量增加，破壞了體內(nèi)的離子平衡。過(guò)量積累甜菜堿緩解了Na<'+>和Cl<'->從根系到葉鞘

4、和葉片的運(yùn)輸，維持相對(duì)較高的K<'+>吸收、K<'+>/Na<'+>比值以及Ca'<'2+>’、Mg<'2+>含量的相對(duì)高水平，減輕了離子毒害作用，進(jìn)而提高了轉(zhuǎn)基因小麥株系的抗鹽性。 2．過(guò)量積累甜菜堿維持了主要抗氧化酶的高活性，有效保護(hù)了生物膜的完整性和有序性。 鹽脅迫破壞了生物膜的完整性和有序性，最終導(dǎo)致超氧陰離子產(chǎn)生速率增加，膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)含量以及膜透性的增加。過(guò)量表達(dá)甜菜堿的轉(zhuǎn)基因植株主要抗氧化酶

5、(SOD、CAT、POD、APX)的活性相對(duì)較高，超氧陰離子產(chǎn)生速率、MDA含量以及電解質(zhì)外滲量較低，最終降低了膜脂過(guò)氧化水平和鹽脅迫對(duì)轉(zhuǎn)基因小麥株系生物膜的破壞作用。 3．過(guò)量積累甜菜堿通過(guò)保護(hù)類囊體膜上功能蛋白以及類脂組分和功能來(lái)維持相對(duì)高水平的光合作用能力。 (1)鹽脅迫導(dǎo)致小麥幼苗光合機(jī)構(gòu)損傷，表現(xiàn)在葉綠素含量、PS Ⅱ光化學(xué)效率、希爾反應(yīng)活力以及類囊體膜ATPase活性下降。相對(duì)于野生型小麥，過(guò)量積累甜菜堿的轉(zhuǎn)

6、基因植株碳同化速率、PSⅡ光化學(xué)效率以及氣孔導(dǎo)度的下降得以緩解；葉綠素含量降解、希爾反應(yīng)活力及類囊體膜ATPase活性的下降相對(duì)緩慢。 (2)鹽脅迫誘導(dǎo)形成的活性氧會(huì)進(jìn)攻生物膜類脂中不飽和脂肪酸，促發(fā)膜脂過(guò)氧化，引起生物膜脂分子結(jié)構(gòu)及組分的變化。過(guò)量積累甜菜堿的轉(zhuǎn)基因植株類囊體膜脂組分和脂肪酸不飽和度相對(duì)穩(wěn)定。這對(duì)于緩解色素降解、希爾反應(yīng)活力以及類囊體膜ATPase活性下降，緩解鹽脅迫對(duì)葉片光合機(jī)構(gòu)的破壞作用，維持鹽脅迫下小麥葉

7、片較高的光合作用能力有利。 綜合分析認(rèn)為，鹽脅迫條件下，過(guò)量表達(dá)菠菜BADH基因積累甜菜堿的轉(zhuǎn)基因小麥光合作用能力及耐鹽性的提高可能與以下幾個(gè)方面有關(guān)：(1)通過(guò)自身或者誘導(dǎo)其它滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)作用，改善細(xì)胞的水分狀況。這對(duì)于維持光合作用的氣孔因素和非氣孔因素都是有利的；(2)通過(guò)維持或提高抗氧化酶活性增強(qiáng)活性氧清除能力，減少活性氧的積累，減輕膜脂過(guò)氧化水平，維持光合膜的完整性和流動(dòng)性；(3)甜菜堿直接或者間接地