多胺分解代謝在大豆生長(zhǎng)發(fā)育和耐鹽生理中的作用.pdf

1、精胺(Spm)、亞精胺(Spd)和它們的二胺前體腐胺(Put)是小分子脂肪族多聚陽(yáng)離子，廣泛存在于植物細(xì)胞中，與植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成和對(duì)逆境響應(yīng)密切相關(guān)。然而，大多數(shù)研究主要集中在游離態(tài)多胺水平和生物合成酶活性的調(diào)節(jié)上，對(duì)多胺分解代謝及其降解產(chǎn)物的生理作用研究較少。特別是多胺氧化降解是否直接參與植物根系的發(fā)育?光是否可通過促進(jìn)多胺氧化酶活性調(diào)節(jié)細(xì)胞木質(zhì)素的合成?因而控制植物細(xì)胞的發(fā)育方向?在遭受鹽脅迫時(shí)，耐鹽性不同的植物基因型多胺氧化

2、降解是有否差異?多胺氧化降解是否參與γ-氨基丁酸積累和向脯氨酸的轉(zhuǎn)化?而通過調(diào)節(jié)脯氨酸和γ-氨基丁酸的積累參與植物的耐鹽性尚缺乏研究。為此，筆者選用耐鹽性不同的兩個(gè)大豆品種Lee 68(耐鹽性強(qiáng))和蘇協(xié)-1號(hào)(SX-1，耐鹽性弱)，根據(jù)不同的研究目的，采用不同的外源物質(zhì)處理和高壓液相色譜分析技術(shù)，研究多胺氧化降解在大豆幼苗生長(zhǎng)發(fā)育和耐鹽生理中的作用。結(jié)果如下： 2-羥乙基酰肼(2-HEH，多胺氧化化酶(PAO)、二胺氧化酶(DA

3、O)專性抑制劑)可強(qiáng)烈抑制大豆側(cè)根的發(fā)育，降低PAO、DAO活性和H<,2>O<,2>水平，增加內(nèi)源游離態(tài)和結(jié)合態(tài)多胺含量。在2-HEH處理的同時(shí)，外源添加10μmol/L H<,2>O<,2>，可減緩2-HEH對(duì)側(cè)根生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)。1.0 mmol/L環(huán)已胺(CHA，Spd合成酶抑制劑)和Put處理對(duì)側(cè)根生長(zhǎng)有微弱的促進(jìn)作用，但這種促進(jìn)作用可被CHA+DMTU(N，N-二甲基硫脲，H<,2>O<,2>清除劑)和Put+DMTU所降低，

4、處理效果與主根內(nèi)源H<,2>O<,2>的變化相一致。表明，大豆根系的發(fā)育與多胺氧化降解有關(guān)；多胺氧化降解產(chǎn)物，尤其是H<,2>O<,2>在大豆根系發(fā)育中起重要作用。 光照明顯抑制大豆下胚軸的生長(zhǎng)，促進(jìn)PAO、DAO和過氧化物酶(POD)活性，增加H<,2>O<,2>和木質(zhì)素的積累。H<,2>O<,2>含量與木質(zhì)素的積累成正相關(guān)關(guān)系(R<'2>=0.9688)。形成鮮明對(duì)比的是，在黑暗中生長(zhǎng)的大豆黃化苗下胚軸的PAO、DAO、PO

5、D活性和H<,2>O<,2>含量呈下降趨勢(shì)，木質(zhì)素含量變化不大。在光照處理的同時(shí)，用不同濃度的2-HEH和氨基胍(AG PAO和DAO專性抑制劑)處理根系，在抑制PAO、DAO活性的同時(shí)，顯著降低在光照生長(zhǎng)條件下大豆下胚軸的H<,2>O<,2>和木質(zhì)素含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為光照通過促進(jìn)PAO、DAO活性，增加H<,2>O<,2>在胞壁中的積累而促進(jìn)細(xì)胞木質(zhì)素的合成，調(diào)節(jié)植物細(xì)胞分化的假設(shè)提供了依據(jù)。兩大豆品種葉片和根系內(nèi)源游離態(tài)腐胺(fPut

6、)、游離態(tài)尸胺(fCad)和游離態(tài)亞精胺(fSpd)含量均受鹽脅迫的抑制，但耐鹽品種Lee68葉片仍可維持較高的fPut和fSpd水平，下降幅度低于鹽敏種。在短期不同濃度鹽脅迫(6d)下，Lee68根系不能維持高水平的fPut、fCad和fSpd，而在持續(xù)鹽脅迫下，尤其在6d后fSpd含量又逐漸增加，明顯不同與鹽敏種fSpd持續(xù)下降的變化。游離態(tài)精胺(fSpm)水平在大豆根系中含量低，變化不明顯，而在SX-1葉片中有大量而顯著的fSpm

7、積累。耐鹽大豆根系的(fSpd+fSpm)／fPut比值高于鹽敏種，但鹽敏感大豆葉片的(fSpd+fSpm)／fPut比值明顯高于耐鹽種。鹽脅迫6d后移入1／2Hoagland溶液中恢復(fù)6d，可部分恢復(fù)大豆根系的fPut、fCad和fSpd含量以及葉片的fSpd水平，降低根系和葉片fSpm水平，但葉片fPut和fCad水平對(duì)恢復(fù)的反應(yīng)不明顯。耐鹽種葉片對(duì)fSpd和fSpm的恢復(fù)能力略強(qiáng)于鹽敏種。耐鹽大豆品種葉片仍能維持較高的fPut和f

8、Spd水平，降幅低于鹽敏種，這可能與其耐鹽性有關(guān)，而鹽脅迫引起SX-1葉片fSpm的顯著增加可能與其鹽敏性有關(guān)。與內(nèi)源多胺變化相對(duì)應(yīng)，大豆根系和葉片的PAO和DA0活性明顯受鹽脅迫的促進(jìn)，均隨鹽脅迫濃度的增加而增加。DAO活性主要出現(xiàn)在根系中，而PAO活性葉片與根系相當(dāng)。Lee 68根系和葉片的PAO活性大于SX-1，而根系的DAO活性SX-1高于Lee 68。在100 mmol／LNaCl脅迫進(jìn)程中，葉片DAO和PAO活性明顯增加；兩

9、大豆品種根系的PAO活性與對(duì)照無(wú)明顯差異，而根系DAO活性除3d外也明顯受持續(xù)鹽脅迫的促進(jìn)。鹽脅迫6d后，在1／2Hoagland溶液中恢復(fù)6d，可基本消除鹽脅迫對(duì)根系和葉片DAO和PAO活性的促進(jìn)作用。PAO和DAO活性都能較好地恢復(fù)到對(duì)照水平。與PAO活性相對(duì)應(yīng)，大豆根系和葉片的二氨基丙烷(Dap)含量隨鹽脅迫濃度的增加而增加。耐鹽種Lee68的Dap含量大于鹽敏種SX-1，葉片高于根系。在鹽脅迫進(jìn)程中，根系和葉片Dap含量雖呈現(xiàn)一

10、定的波動(dòng)性，但葉片Dap含量明顯高于對(duì)照(鹽脅迫12d時(shí)差異不明顯)，而根系Dap含量與對(duì)照差異不大。在100mm01／LNaCl中脅迫6d后，在1／2Hoagland溶液中恢復(fù)6d，兩大豆品種葉片和根系的Dap含量可基本恢復(fù)到對(duì)照水平。耐鹽品種Lee 68有較高的Dap含量可能與其較耐鹽有關(guān)。多胺氧化降解與γ-氨基丁酸(GABA)積累關(guān)系研究表明，GABA含量隨鹽脅迫濃 度的增加而增加，與對(duì)照相比，鹽脅迫根系GABA含量增加1

11、1～17倍。DAO專性抑制劑AG處理在強(qiáng)烈抑制DAO活性、增加大豆根系游離態(tài)多胺積累的同時(shí)，也抑制了GABA的積累。在100 mmol／L NaCl脅迫6 d后，在1／2Hoagland溶液中恢復(fù)6d，發(fā)現(xiàn)在降低DAO活性而增加內(nèi)源游離態(tài)多胺積累的同時(shí)，也降低了GABA含量。在DAO活性變化與GABA積累間存在著密切的正相關(guān)關(guān)系。上述結(jié)果表明，鹽脅迫誘導(dǎo)GABA的積累可部分來(lái)源于多胺的氧化降解，其與DAO活性有關(guān)。鹽脅迫下多胺氧化降解與

12、脯氨酸積累關(guān)系研究表明，鹽脅迫可促進(jìn)大豆葉片脯氨酸積累，降低內(nèi)源fPut和fCad水平，脯氨酸與fPut和fCad含量變化呈反相關(guān)關(guān)系。AG處理在強(qiáng)烈抑制DAO活性、引起鹽脅迫大豆葉片內(nèi)源fPut和fCad積累的同時(shí)，降低脯氨酸含量。外源根施1.0 mmol／LPut引起葉片內(nèi)源fPut的增加，對(duì)鹽脅迫大豆葉片脯氨酸積累有明顯的促進(jìn)作用，而外源Cad不影響脯氨酸的積累。外源Put對(duì)脯氨酸積累的這種促進(jìn)作用可被加入1.0 mmol／L A

13、G所抑制。 在正常生長(zhǎng)的大豆幼苗中，AG處理雖也可增加大豆葉片的fPut和fCad含量，但對(duì)脯氨酸含量的影響不明顯；外源Put處理雖可增加葉片內(nèi)源fPut的含量，但對(duì)脯氨酸積累也無(wú)增效作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果暗示，在鹽脅迫下大豆葉片發(fā)生了Put向脯氨酸的轉(zhuǎn)變，是經(jīng)DAO催化通過氧化降解進(jìn)行的。 由于脯氨酸和GABA在植物耐鹽生理中各自發(fā)揮著不同的作用，根據(jù)以上研究，我們認(rèn)為多胺氧化降解不僅是一條減少游離態(tài)多胺的途徑，而且其還可通過中間產(chǎn)