水分胁迫过程中的渗透调节物质及其研究进展

渗透调节是植物体在水分胁迫条件下的主要适应方式之一,在植物抗旱过程中发挥了重要作用。综述了渗透调节物质的种类、作用机理及关键作用,比较了抗旱植物与不抗旱植物渗透调节物质之间的差别,进一步阐明了渗透调节在植物抗旱过程中的重要性。     

农作物抗渗透胁迫与P5CS基因工程研究进展

干旱、盐渍和低温等渗透胁迫因素是导致植物生长缓慢、农作物减产的主要非生物胁迫因素。在轻度渗透胁迫环境下,农作物主要通过合成渗透调节物质来抵御干旱、盐渍等。脯氨酸是农作物体内分布最广的渗透调节物质之一,二氢吡咯-5-羧酸合成酶(Δ1-pyrroline-5-carboxyl-atesynthetase,P5CS)是植物体内合成脯氨酸的关键酶。为此,综述了渗透调节在农作物抗渗透胁迫中的作用,脯氨酸的生物合成,P5CS在植物脯氨酸合成中的作用及其转基因工程的研究进展。     

植物抗逆中的渗透调节物质及其转基因工程进展

该文综述了渗透调节物质在植物抵御逆境胁迫中的生理功能 ,并论述了渗透调节物质的作用机制 .还综述了几种主要渗透调节物质的生物合成途径和其中关键酶的基因克隆 ,及其基因工程提高植物抗逆性的研究进展 .同时 ,就有关研究进行了展望 .     

植物在逆境下的渗透调节

渗透调节是植物在逆境下降低渗透势。抵抗逆境胁迫的一种重要方式,渗透调节作为植物的重要抗逆生理机制。近些年得到了较广泛的研究。本文概述植物在水分胁迫下渗透调节的研究现状,并提出今后应注意研究的几个问题。1.渗透调节的调节方式和原初机理1.1 调节方式植物细胞的水势由几个组份组成。即:ψ_w=ψ_s ψ_p ψ_m,方程式中ψ_w为水势,ψ_s为渗透势,ψ_p为压力势(膨压)。ψ_m为衬质势。ψ_m除了在干组织或干种子中外,一般微不足道,故不予考虑。在正常情况下ψ_w和ψ_s均为负值。植物体内水分运输的方向是从高水势到低水势。在水分胁迫     

盐胁迫下不同盐生植物渗透调节的生理响应

研究了3种柳树(Salix)、3种柽柳(Tamarix)和2种白刺(Nitraria)的1年生苗在不同浓度(0、100、200、300、400 mmol/L)NaCl胁迫30 d后渗透调节物质含量的变化。结果表明:盐胁迫后8个树种叶片中积累脯氨酸和可溶性糖抵御盐胁迫,柳树和白刺中的可溶性蛋白增加,可溶性蛋白不是甘蒙柽柳和刚毛柽柳的主要有机渗透调节物质;各树种根茎叶中Na+和Cl-显著增加,白刺的Na+和Cl-的质量分数明显高于柳树和柽柳,3种柳树K+下降,柽柳和白刺各部位K+种间差别较大,各离子在不同植物的不同部位的分布存在差异,K+/Na+总体来说随着盐浓度增加而降低。可见,不同渗透调节物质在不同盐生植物中的重要性是不同的,植物的耐盐机理和种间差异对植物在盐胁迫下用于渗透调节的主要渗透调节物质及其含量变化以及在各器官组织中的分布有一定的影响。     

盐胁迫下植物有机渗透调节物质积累的研究进展

研究表明植物的耐盐机制十分复杂.其耐盐机制的一个重要方面是在盐胁迫下植物会产生和积累一些有机渗透调节物质,以此来缓解胁迫对植物造成的伤害和降低胞内渗透势以保证盐胁迫条件下水分的正常供应.这些物质主要包括小分子渗透调节物质(脯氨酸、甜菜碱)、非结构性碳水化合物(蔗糖、果聚糖、淀粉等).本文就此方面的研究做一综述.     

抗旱性不同的水稻品种对渗透胁迫的反应及其与渗透调节的关系

本实验是在水培条件下用PEG造成渗透胁迫,进而研究抗旱性不同的水稻品种对渗透胁迫的反应、渗透调节能力、动态、参与渗透调节的主要物质及其在渗透调节中的作用。结果表明,渗透胁迫使所有供试品种叶片ψw~*,ψp~*,和RWC~*均表现下降,叶片生长受到抑制。在相同渗透胁迫条件下,抗旱性较强的品种A8315、秦爱能保持较好的水分平衡,叶片生长受抑制程度较轻,抗旱性较弱的848022、水陆5号水分平衡保持较差,叶片生长受抑制程度较重。4个水稻品种均表现出0.4MPa的渗透调节能力,叶片ψw降至—0.4MPa前,ψs~(100)下降迅速,ψp基本保持稳定;叶ψw进一步下降时,ψs~(100)下降变缓,ψp迅速下降。可溶性糖,游离氨基酸,K~+是主要的渗透调节物质,三者总量约占ψs~(100)的50—80%。     

盐胁迫下植物有机渗透调节物质积累的研究进展

研究表明植物的耐盐机制十分复杂。其耐盐机制的一个重要方面是在盐胁迫下植物会产生和积累一些有机渗透调节物质，以此来缓解胁迫对植物造成的伤害和降低胞内渗透势以保证盐胁迫条件下水分的正常供应。这些物质主要包括小分子渗透调节物质(脯氨酸、甜菜碱)、非结构性碳水化合物(蔗糖、果聚糖、淀粉等)。本文就此方面的研究做一综述。     

梭梭属植物渗透调节物质的季节性变化

[目的]分析梭梭属植物在荒漠干旱胁迫下,渗透调节物质对高温干旱胁迫的响应。[方法]以生长在新疆极端干旱胁迫环境下的梭梭属植物为研究对象,对其生长季内游离Pro和可溶性糖的含量进行研究。[结果]在干旱胁迫初期,梭梭属植物同化枝内可溶性糖和游离Pro含量明显较高,6～8月随着持续高温时间的延长和胁迫强度的增加,可溶性糖和游离Pro含量逐渐下降,保持较低水平,而仅在生长季末期（9—10月）胁迫减弱时又缓慢回升,可溶性糖和游离Pro含量的渗透调节作用适应于较弱的干旱胁迫。[结论]在整个生长季内,梭梭属植物可溶性糖对高温干旱反应敏感,是重要的渗透调节物质。     

作物在渗透胁迫下脯氨酸积累的研究进展

脯氨酸被认为是一种有助于作物抵御渗透胁迫的相容渗透剂.脯氨酸在植物体中的合成与降解过程受到诸多因素的调节,脯氨酸积累的生物学功能主要包括细胞的渗透调节、氮代谢和能量代谢调节以及对膜系统的保护作用等几个方面.研究表明,不同农作物在渗透胁迫下脯氨酸积累的情况存在一定差异,脯氨酸积累与农作物抗渗透胁迫的关系尚未完全阐明,仍待进一步研究.     

水分胁迫对爱宕梨渗透调节的影响

以二年生爱宕梨盆栽幼树为试材 ,研究水分胁迫对爱宕梨渗透调节的影响。结果表明 ,在水分胁迫下 ,随着土壤含水量的降低 ,梨树叶片组织相对含水量下降 ,叶水势增加。梨树在水分胁迫下具有一定的渗透调节能力 ,随着胁迫程度的增加 ,渗透调节物质K+ 含量和可溶性糖含量上升 ,当达到一定浓度后 ,诱发脯氨酸和游离氨基酸的大量生成。但水分胁迫超过一定程度后 ,细胞膜透性增加 ,原生质遭受破坏 ,植株枯死。     

渗透胁迫下大豆抗旱机理的初步研究

在离体条件下，用聚乙二醇（ＰＥＧ６０００）形成渗透胁迫，研究了ＰＥＧ对大豆的渗透胁迫影响，外源激素对ＰＥＧ渗透胁迫的调节，以及外源羟自由基对大豆的影响。结果表明，随着ＰＥＧ浓度加大，渗透胁迫加重，对大豆叶片的影响也增大，不同大豆品和对渗透胁迫的反应不同。外源激动素可以在一定程度上减缓ＰＥＧ的渗透胁迫。外源激素能调节渗透胁迫，与它们对体内自由基含量的调节是分不开的。     

抗氧化剂对渗透胁迫下沙棘叶片膜脂过氧化的保护作用

以沙棘叶片为材料，研究了外源抗氧化物质Vc、VE、β-胡萝卜素等对PEG渗透胁迫下细胞膜的保护作用。结果表明：加入外源Vc、β-胡萝卜素能有效保护膜系统，使膜透性和丙二醛在胁迫条件下增加小于对照，尤其在胁迫前期作用明显，而对叶绿素的保护作用在后期表现更突出，使叶绿素含量维持在较高水平；外源VE对防止膜透性增加作用不大，对减低丙二醛含量与保护叶绿素方面有所贡献。同时也证明沙棘叶片内Vc在渗透胁迫下含量下降，而Pro含量显著升高。证明这些物质是构成沙棘抗旱性的重要基础。     

渗透胁迫下烟草根系基因的表达谱分析

 【目的】了解干旱胁迫下烟草的抗旱机制。【方法】采用拟南芥基因芯片检测PEG渗透胁迫（-1.2 MPa）48 h后烟草根系中基因表达的变化。【结果】在31 182个基因微矩阵点中，有效差异表达（ratio 值≥2或≤0.5）的基因有126个，其中上调79个，下调47个。上调基因主要是根系中一些受渗透胁迫诱导参与信号转导的激素（主要是ABA）响应蛋白基因、钙信号响应蛋白基因及蛋白激酶基因。而下调表达的基因则主要是一些与烟株生长发育相关的赤霉素响应蛋白类基因和根系中参与蛋白质降解的泛素连接酶类基因。【结论】通过分析这些特异表达基因，揭示出烟草植株体在非生物环境胁迫条件下的一些响应机制，为阐明烟草抗旱的分子生物学机理提供了有价值的信息。     

渗透胁迫下小麦幼苗根质膜ATP酶活性与膜透性的关系

经-1．0MP。聚乙二醇PEG渗透胁迫处理72h的小麦根系质膜透性可逆升高，抗旱品种（陕合6号）增幅小于干旱敏感品种（郑引1号），反复胁迫易导致质膜透性的不可逆伤害；PMH^＋-ATPase活性降低下降比质膜透性严重受伤害早，且不易恢复，可能是渗透胁迫伤害的原初作用点；PMCa^2＋-ATPase活性强弱取决于小麦抗旱性强弱；渗透胁迫下的质膜透性变化与PM ATPase活性变化不呈现直接相关。     

渗透胁迫对水稻光合色素和膜脂过氧化的影响

以抗旱性较强的稻种湘Ⅰ和较弱的763612为材料,作PEG6000渗透胁迫实验.结果表明,在-0.5MPa下处理3d.两个品种叶片质膜透性和MDA含量有所增加.Chl和Car含量有一定的下降,Chlα/b和Chl/Car比值几乎不变.在-0.8MPa下两个品种的质膜透性和MDA含量大量增加,Chl和Car含量急剧下降,Chlα/b和Chl/Car呈上升趋势;不同抗旱性的水稻品种之间表现出一定的差异.植物光合色素含量与膜脂过氧化水平呈一定的负相关性.乙烯释放量下降.但未见乙烷释放.     

盐胁迫对梭梭幼苗渗透调节物质含量的影响

采用浓度为0,50,100,200,350,500 mmol/L的 NaCl和 Na2 SO4两种单盐溶液对梭梭幼苗进行处理,取样周期为10 d,取样3次,测定梭梭幼苗中渗透调节物质的含量,研究盐胁迫对梭梭幼苗体内渗透调节物质含量的影响.结果表明：两种盐胁迫下,梭梭幼苗同化枝中可溶性糖含量随盐浓度的增加和胁迫时间的延长而增大,但增幅较小,说明梭梭幼苗可溶性糖的积累对盐分的响应并不敏感.两种盐胁迫下梭梭幼苗同化枝中淀粉含量变化趋势相似,淀粉含量随盐浓度的增加和胁迫时间的延长而显著下降（P ＜0．05）,说明梭梭幼苗接收到盐胁迫信号后通过降解淀粉生成可溶性糖来减轻盐伤害.两种盐胁迫下梭梭幼苗同化枝中可溶性蛋白的变化趋势相似,可溶性蛋白含量随盐浓度的增加和胁迫时间的延长而下降,说明盐胁迫下梭梭幼苗体内可溶性蛋白转变成氨基酸（包括脯氨酸）,以此来降低渗透势维持平衡.350 mmol/L和500 mmol/L NaCl处理下梭梭幼苗脯氨酸含量呈极显著增加（P ＜0．01）,以此来降低其渗透势,减小盐害程度.两种盐胁迫下,梭梭幼苗同化枝中脯氨酸含量随盐浓度的增加而增加,与 Na2 SO4处理相比,NaCl处理下梭梭幼苗中脯氨酸含量较高.     

水分胁迫下小麦品种间几类渗透调节物质积累的比较研究

 试验采用10%和15%两种PEG溶液浓度,比较了三个抗旱性不同品种的小麦幼苗在水分胁迫期间可溶性糖、蔗糖、有机酸和氨基酸等渗透调节物质的动态变化和积累差异.结果表明,水分胁迫初期可溶性糖及蔗糖含量下降、然后上升、积累,并且同一品种10%PEG胁迫可溶性糖总量积累高于15%PEG胁迫,蔗糖积累情况相反.糖分积累的程度存在着品种间差异.PEG引起的水分胁迫使科拜和祥云爬地麦的有机酸总量有不同程度降低,云麦29则有不同程度增加.氨基酸总量分析揭示,抗性品种比敏感品种积累更多的氨基酸.试验还观察到,15%PEG胁迫能迅速导致三个品种的Leu+Phe的积累,而10%PEG胁迫的积累情况随品种而异.此外,还比较分析了脯氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺,谷氨酸,异亮氨酸等个别氨基酸在不同品种,不同胁迫以及不同时间进程中的消长变化.水分胁迫引起的溶质积累,在种类,数量和速率方面存在着明显的品种间差异.与干旱敏感品种相比,抗性品种具有更强的渗透调节能力.     

多氯联苯（PCB_（1254））对栉孔扇贝渗透调节的影响

为了给我国沿海有机物污染地区栉孔扇贝健康养殖提供监测依据,研究了多氯联苯（PCB1254）对栉孔扇贝血淋巴渗透压和鳃丝Na＋-K＋-ATPase活力的影响。结果表明：PCB1254浓度为1.0μg·L-1以上处理组栉孔扇贝血淋巴渗透压变化明显,其中1.0μg·L-1处理组扇贝血淋巴渗透压显著上升,而10.0和50.0μg·L-1处理组栉孔扇贝的血淋巴渗透压呈先上升后下降的趋势,最后与海水对照组相近;低浓度（0.5和1.0μg·L-1）处理组扇贝鳃丝Na＋-K＋-ATPase活力明显被激活,而高浓度（10.0和50.0μg·L-1）处理组Na＋-K＋-ATPase活力在测定的每个时间点明显被抑制。因此认为多氯联苯影响下,机体所产生的有害代谢物可导致栉孔扇贝应激性反应和细胞膜结构的改变,导致血淋巴渗透压和Na＋-K＋-ATPase活力的变化,而且Na＋-K＋-AT-Pase活力变化与PCB1254浓度呈现一定相关性,能反映机体受PCB1254影响的程度,可以作为评价PCB1254污染的生理学指标。     

Co~（2＋）对渗透胁迫下小麦幼苗叶片乙烯产生率及蛋白酶活性的影响

在－１．０ＭＰａＰＥＧ渗透胁迫下，小麦幼苗叶片乙烯产生速率和蛋白酶活性随胁迫时间延长递增，蛋白质和叶绿素含量递减。在－１．０ＭＰａＰＥＧ溶液中加入２ｍｍｏｌ／ＬＣｏＣｌ２处理可以抑制乙烯的产生及蛋白酶的活性，对蛋白质和叶绿素起到保护作用。同时还观察到，渗透胁迫过程中乙烯的产生速率与叶片的衰老过程具有正相关性，加入Ｃｏ２＋能一定程度的减轻渗透胁迫造成的伤害。