羊草多糖的分析及其對羊草鹽堿耐受性的影響.pdf

1、植物光合作用的主要產(chǎn)物是碳水化合物。碳水化合物是細(xì)胞骨架的一種主要成分，并且是植物生長過程中重要的營養(yǎng)物質(zhì)，植物生長時(shí)經(jīng)常需要淀粉、蔗糖、麥芽糖、葡萄糖或半乳糖等作為碳源。同時(shí)，碳水化合物也是一類合適的溶質(zhì)，一些小分子的碳水化合物極易溶于水中并且在濃度很高時(shí)也是無毒性的，這樣就提高了很多植物對冷凍脅迫的抗性。小分子碳水化合物，如蔗糖和一些寡糖被證明是種有效的冷凍保護(hù)劑?？扇苄蕴妓衔飳?xì)胞無毒，對代謝沒有抑制作用，所以可溶性碳水化合物

2、的積累在一定范圍內(nèi)可以維持鹽脅迫下細(xì)胞正常的膨壓和細(xì)胞正常的代謝功能。此外，有些開花植物儲存果聚糖作為儲藏性碳水化合物，在逆境條件下，這些儲存的碳水化合物可以確保植物體生長所需要的碳和能量的供應(yīng)，在環(huán)境變好時(shí)，又可以促進(jìn)植物快速發(fā)芽和生長生殖。碳水化合物在植物體的生長發(fā)育過程中起著重要的作用。
　　 羊草(Leymus chinensis(Trin.)Tzvel)是禾本科賴草屬多年生根莖型禾草。羊草具有生產(chǎn)力高、耐干旱、耐貧瘠、

3、耐鹽堿、適口性強(qiáng)等生物生態(tài)學(xué)特性，是歐亞大陸草原帶東緣的優(yōu)勢種，也是我國北方主要的優(yōu)質(zhì)牧草之一。羊草所含營養(yǎng)物質(zhì)豐富，在夏秋季節(jié)是家畜抓膘牧草，為內(nèi)蒙古草原的主要牧草資源。根據(jù)葉片顏色的不同，天然生境中的羊草可以分為灰綠型和黃綠型兩種生態(tài)型?；揖G型羊草的分布范圍較廣，可以在森林棕色土、黑鈣土、草地和pH值大于12的重度鹽化土壤中生長；而黃綠型羊草只能在栗鈣土和鹽化程度較輕的土壤中生長。近年來這兩種生態(tài)型羊草的種間差異性研究引起了廣泛的關(guān)

4、注，兩種生態(tài)型羊草的氣體交換，遺傳多樣性和種群地理統(tǒng)計(jì)都已進(jìn)行了研究。然而關(guān)于羊草體內(nèi)水溶性多糖的結(jié)構(gòu)及其與羊草抗逆性的關(guān)系未見報(bào)道，所以比較研究灰綠型羊草多糖和黃綠型羊草多糖的理化性質(zhì)，如單糖組成、分子量分布、分支度和側(cè)鏈取代范圍等，對探討天然生境中兩種生態(tài)型羊草的鹽堿耐受機(jī)制具有重大意義。本研究的目的是從結(jié)構(gòu)上特征性地闡述生長在同一草原上鹽化程度不同的土壤中的兩種生態(tài)型羊草的多糖的分子量分布、單糖組成和連接方式等，以探討多糖結(jié)構(gòu)的變

5、化與鹽堿耐受性的相關(guān)性；通過碳水化合物的比較分析，進(jìn)一步增進(jìn)對兩種生態(tài)型羊草種間差異的鹽堿耐受性的理解。
　　 本研究通過人工模擬條件下對羊草幼苗進(jìn)行中性鹽和堿性鹽脅迫處理，取樣后測量處理后羊草的株高、株數(shù)、含水量和各種糖含量變化，探討中性鹽和堿性鹽脅迫處理對羊草生長發(fā)育的影響。為了深入理解糖代謝與羊草鹽堿抗性之間的關(guān)系，對天然生境中兩種生態(tài)型羊草的水溶性多糖的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了比較研究，獲得以下研究成果：
　　 (1)利用總

6、離子濃度相同的混合中性鹽NaCl：Na2SO4=9:1(摩爾比)和混合堿性鹽NaHCO3：Na2CO3=9:1(摩爾比)，分別對羊草幼苗進(jìn)行脅迫處理。每組內(nèi)又各設(shè)有6個(gè)濃度，分別是60、120、180、240、300和360mM。處理七天后收苗，測量羊草株高、株數(shù)、植株鮮重和干重，并計(jì)算含水量；分別取干燥后羊草植株地下部分和地上部分，通過HPLC技術(shù)檢測其單糖、寡糖和多糖含量的變化。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與脅迫處理前相比，當(dāng)中性

7、鹽濃度為120mM和180mM時(shí)，處理后羊草株高的漲幅要大于其在60mM和240mM時(shí)的漲幅；鹽濃度為240mM時(shí)，處理后的羊草株高的增長幅度很?。划?dāng)濃度達(dá)到300mM和360mM時(shí)，與處理前相比，羊草的株高反而降低了，這是因?yàn)樵诖藵舛认卵虿莸囊恍├先~片已經(jīng)死亡，測量的是新生幼苗的高度。堿性鹽處理后，在堿性鹽濃度為60mM時(shí)，處理后的羊草株高漲幅較大；用180mM和240mM堿性鹽處理后，羊草株高漲幅極小或沒有增加；300mM和360m

8、M堿性鹽處理后的羊草的株高都比未處理前低，也是因?yàn)樵诖藵舛认卵虿莸睦先~片已經(jīng)枯萎和死亡。由此得出，堿性鹽對羊草生長的毒害作用要大于中性鹽。
　　 當(dāng)中性鹽濃度從60mM增加到300mM時(shí)，中性鹽脅迫處理后羊草的株數(shù)都增加，但是增幅明顯逐漸減小，在360mM時(shí)受脅迫羊草的株數(shù)幾乎沒有變化。對于堿性鹽處理后的羊草來說，在鹽濃度從60mM到180mM時(shí)，羊草的株數(shù)也都增加，同樣增幅是逐漸減小的；在240mM時(shí)，堿性鹽脅迫的羊草株數(shù)已經(jīng)

9、停止增加；在300mM和360mM的情況下，羊草的株數(shù)都較未處理前減少，這是因?yàn)樵谶@兩個(gè)濃度下，已經(jīng)有部分羊草徹底死亡，死亡的植株沒有計(jì)算在總株數(shù)內(nèi)。此結(jié)果同樣證明堿性鹽脅迫對羊草生長的毒害作用要大于中性鹽。
　　 對于中性鹽脅迫，隨著鹽濃度從低到高(從60mM到360mM)，羊草體內(nèi)的含水量逐漸降低，但降幅較小。而對于堿性鹽濃度從60mM到300mM時(shí)，堿性鹽處理后的羊草體內(nèi)的含水量也逐漸降低，但降低的幅度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中性鹽脅迫

10、；在堿性鹽濃度為360mM時(shí)，處理后的羊草體內(nèi)的含水量達(dá)到最低值，此時(shí)很多羊草秧苗已經(jīng)死亡。
　　 中性鹽、堿性鹽脅迫處理后，取干燥的羊草植株的地上和地下部分，分別使用HPLC技術(shù)測定其糖含量，并計(jì)算出各種糖的百分含量。結(jié)果表明，脅迫處理后，不論是中性鹽處理還是堿性鹽處理的羊草植株的地上、地下部分中，多糖的變化趨勢都較為明顯，而蔗糖、葡萄糖和果糖的變化很小，說明多糖在羊草的抗逆性中可能起著一定的作用。
　　 (2)提取了

11、灰綠型羊草和黃綠型羊草中水溶性的多糖，分別將其分離為中性糖和酸性糖兩部分，并對其進(jìn)單糖組成分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，灰綠型羊草中性糖和酸性糖中的甘露糖含量都要高于黃綠型羊草的中性糖和酸性糖，而葡萄糖含量則都要低于黃綠型羊草的中性糖和酸性糖，這說明甘露糖和葡萄糖與羊草的鹽堿耐受性有關(guān)。
　　 (3)純化了兩種生態(tài)型羊草中性糖，并對純化后的黃綠型羊草中性糖(Huang-N-6B)和灰綠型羊草中性糖(Hui-N-6B)進(jìn)行13C-NMR分析

12、。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這兩種中性糖主要都是由五種單糖組成，分別是葡萄糖，半乳糖，阿拉伯糖，甘露糖和木糖。Huang-N-6B中的5種糖殘基主要以4位連接為主，6位羥基沒有取代，并且整個(gè)結(jié)構(gòu)中有3～5個(gè)糖存在甲氧基結(jié)構(gòu)，該糖中沒有還原末端，末端的糖殘基存在甲苷。其中，Glc以1，4連接為主，Gal為α-Gal，并且是3位連接，Xyl為2位連接。Hui-N-6B中的5種單糖殘基的連接方式與Huang-N-6B的基本一致，但是Hui-N-6B中存在還原

13、末端α-Gal和β-Glc，C-1歸屬為97.01ppm，此糖中6位取代增加。與Huang-N-6B相比，此中性糖中增加了62.85、66.53和78.40ppm三個(gè)峰，歸屬于α-Man的C-6，C-4和C-3，并且是1，4連接的α-Manp。
　　 本研究在人工模擬條件下對羊草幼苗進(jìn)行混合鹽、堿脅迫處理，發(fā)現(xiàn)堿性鹽對羊草株高、株數(shù)和含水量的影響較大，說明堿性鹽的毒害作用要大于中性鹽。脅迫處理后的羊草也對其各種糖的含量進(jìn)行了測定

14、，結(jié)果表明，混合中性鹽、堿性鹽處理后，羊草植株地上、地下部分的多糖對脅迫的反應(yīng)較為明顯，而其它單寡糖的變化不大。對灰綠型羊草和黃綠型羊草可溶性多糖結(jié)構(gòu)的比較分析結(jié)果顯示，無論是在中性糖還是在酸性糖的單糖組成中，灰綠型羊草中的甘露糖含量都要高于黃綠型羊草，而灰綠型羊草中的葡萄糖含量則都要低于黃綠型羊草。進(jìn)一步對純化后的兩種生態(tài)型羊草的中性糖結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析，結(jié)果顯示，13C-NMR譜圖中灰綠型羊草中性糖較黃綠型羊草中性糖明顯多出α-Man