盐胁迫对黄瓜幼苗根系脯氨酸和多胺代谢的影响

1、盐胁迫对黄瓜幼苗根系脯氨酸和多胺代谢的影响1段九菊,郭世荣*,樊怀福,王素平,康云艳南京农业大学园艺学院,南京(210095摘要:采用营养液栽培,研究了盐胁迫对抗盐能力不同的两个黄瓜品种幼苗根系脯氨酸(Pro和多胺(PAs代谢的影响。结果表明,盐胁迫通过提高吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS活性,抑制脯氨酸脱氢酶(ProDH活性,从而引起Pro含量显著升高,抗盐性较强的长春密刺三者变化幅度显著大于抗盐性较弱的津春2号;盐胁迫下长春密刺根系精氨酸脱羧酶(ADC、鸟氨酸脱羧酶(ODC和s-腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC活性升高显著大于津春2号,腐胺(Put合成后迅速转化为亚精胺(Spd和精胺(Spm,

2、而津春2号根系多胺氧化酶(PAO活性升高显著大于长春密刺,引起Put显著积累;随着Put积累开始降低,两品种根系Pro含量显著增加。表明盐胁迫诱导黄瓜幼苗根系较高的Pro、Spd、Spm含量和较低的Put含量有利于提高幼苗对盐胁迫逆境的适应能力,盐胁迫下黄瓜幼苗根系PAs代谢和Pro代谢密切相关,Put的积累一定程度上促进了Pro含量的增加。关键词:盐胁迫,黄瓜幼苗,脯氨酸,多胺1引言盐胁迫通过渗透胁迫、离子毒害、营养失衡等引起植物体内许多生理生化的变化1,抑制植株生长。盐胁迫下过量无机离子的进入使得细胞内正常氮代谢紊乱2,使之趋向积累渗透溶质的方向转变,如脯氨酸(Pro3、多胺(PAs4等含

3、氮化合物的生物合成被明显激活,从而提高植株渗透势,以适应盐胁迫逆境。研究表明胁迫条件下植物体内Pro和PAs代谢密切相关,但研究结果仍不一致。Aziz等5发现遭受盐胁迫的番茄叶片外植体中,腐胺(Put和亚精胺(Spd含量降低与Pro开始积累具有一定的相关性,外施低浓度的Put能刺激Pro的积累,外施Put合成抑制剂二氟甲基鸟氨酸(DFMO能抑制Pro的积累。高浓度镉(200uM胁迫的大豆根瘤中也发现随Put含量降低,Pro含量显著增加6。而Frederik7发现过度含水导致N代谢紊乱的甜菜愈伤组织中,Pro 通过降解生成鸟氨酸从而促进PAs的合成。高温伤害下,黄瓜花粉萌发过程中也发现可能存在由

4、Pro合成PAs的途径8。Tonon1等9却认为非致死胁迫条件下,Pro和Put变化保持一致,1本课题得到高校博士点基金科研项目(20050307031;江苏省农业三项工程项目(SX(2005088资助。-1-只有在致死胁迫条件下,Pro和Put代谢才相互竞争。基于上述争议,本文以抗盐性不同的两个黄瓜品种为试材,研究NaCl处理对黄瓜幼苗根系Pro和PAs代谢的影响以及二者之间的关系,为弄清Pro和PAs代谢之间的关系以及探讨二者在黄瓜幼苗盐胁迫逆境适应中的生理作用提供依据。2材料与方法2.1材料与处理以抗盐性较弱的津春2号(Jinchun No.2和抗盐性较强的长春密刺(Changchun

5、mici黄瓜(Cucumis sativus L.品种为材料。种子经消毒、浸种、催芽后播于装有石英砂的育苗盘中育苗,温室昼温2530,夜温1518。子叶完全展开后浇灌1/2剂量的日本山崎黄瓜专用配方营养液,待幼苗第二片真叶展平时,挑选整齐一致的植株定植于装有1个剂量的营养液水槽内(pH6.5±0.1,EC2.22.5,气泵通气(40min·h-1。预培养2d后,将幼苗分成两部分开始处理:一部分为正常营养液栽培;另一部分于处理当天下午6点向营养液中添加NaCl(分析纯至终浓度为50mmol·L-1。分别于处理后0、12、60、108、156小时(h取幼苗根系中部,测

6、定Pro和PAs含量及其代谢酶活性,每处理每次取样3株,试验重复3次。试验结果均采用SAS软件Duncan多重比较法(P<0.05进行统计分析。2.2Pro含量测定采用水和茚三酮法10测定。2.3P5CS、ProDH活性测定2.4PAs含量测定在刘俊等13方法的基础上加以改进,称取1.0g鲜样,加入3.2mL预冷的5%PCA冰浴研磨,4匀浆1h后,于12000×g离心30min(4。取上清1.0mL,加入2mol/LNaOH 2.0mL和15uL苯甲酰氯,涡旋混匀,37保温30min后加入4mL饱和NaCl混匀,再加入2mL乙醚萃取,3000×g离心5min,取1ml

7、醚相吹干,剩余物溶于100ul甲醇,-20保存待测。取10ul用Dionex P680型高压液相色谱分析仪检测,流动相为64%的甲醇(超纯水配制,Kromasil反相C18柱(250mm×4.6mm,流速0.8mL·min-1,柱温25,检测波长254nm。以Put、Spd、Spm(精胺(Sigma公司产品作标准曲线。2.5ADC、ODC、SAMDC、PAO活性测定-2-3结果与分析3.1盐胁迫对幼苗根系Pro含量的影响 图1盐胁迫对黄瓜幼苗根系Pro含量的影响Fig.1Effects of salt stress on proline contents in roots

8、of cucumber seedlings 图1表明,两品种对照区幼苗根系Pro含量相近,处理期间无显著变化。NaCl胁迫处理,随胁迫时间延长,两品种Pro含量均呈先上升后下降的变化趋势,于胁迫后108h(4.5 d时达到峰值;处理期间长春密刺Pro含量升高幅度显著大于津春2号,峰值处长春密刺较对照相比升高了58.77%,而津春2号仅升高了30.65%。3.2盐胁迫对幼苗根系P5CS、ProDH活性的影响P5CS是植物体内催化游离Pro合成的关键酶17,ProDH是催化游离Pro降解的关键酶18。图2表明,两品种对照区幼苗根系P5CS和ProDH活性处理期间均保持相对稳定。NaCl 胁迫处理,

9、随胁迫时间延长,两品种P5CS活性均呈先上升后下降的变化趋势,于胁迫后108 h时达到峰值,而品种之间无显著差异。长春密刺根系ProDH活性于胁迫0h后即开始显著下降,胁迫末期又有所回升;津春2号于胁迫后60h(2.5d才开始显著降低,且-3-4-下降幅度远小于长春密刺。图2盐胁迫对黄瓜幼苗根系Pro 代谢酶活性的影响Fig.2Effects of salt stress on Pro metabolism enzyme activities in roots of cucumber seedlings3.3盐胁迫对幼苗根系PAs 含量的影响图3盐胁迫对黄瓜幼苗根系PAs 含量的影响Fig.3

10、Effects of salt stress on PAs contents in roots of cucumber seedlings如图3所示,处理期间两品种对照区幼苗根系Put 、Spd 和Spm 含量均保持相对稳定, 其中Spd含量最高,约占总PAs的5070%,Put次之,Spm含量最低。NaCl胁迫处理,随胁迫时间延长,两品种PAs含量均呈先上升后下降的变化趋势。Put于胁迫后60h达到峰值,之后迅速降低;Spd含量长春密刺于胁迫后0h即显著上升,60h达到峰值,津春2号仅在60h时显著高于对照,之后立即降至对照以下;Spm于胁迫后108h达到峰值。胁迫条件下长春密刺Spd和Sp

11、m含量升高幅度显著大于津春2号,而Put积累小于津春2号。3.4盐胁迫对幼苗根系ADC、ODC、SAMDC、PAO活性的影响 图4盐胁迫对黄瓜幼苗根系PAs代谢酶活性的影响Fig.4Effects of salt stress on PAs metabolism enzyme activities in roots of cucumber seedlings ADC、ODC和SAMDC是PAs生物合成过程中的关键酶19。图4表明,处理期间两品种对照区幼苗根系ADC、ODC和SAMDC活性基本保持不变。NaCl胁迫处理,随胁迫时间延长,三种酶活性呈先上升后下降的变化趋势。ADC于胁迫后108h达到峰值;ODC于胁迫后60h达到峰值;SAMDC于胁迫后108h达到峰值。长春密刺三种酶活性盐