植物逆境生理机制（精选三篇）
植物逆境生理机制 篇1
mRNA经翻译产生蛋白质, 一个细胞在特定生理或病理状态下表达的所有种类的蛋白质称为蛋白质组 (proteome) [1]。与基因组不同的是, 蛋白质组作为一个整体, 不同细胞在不同生理或病理状态下所表达的蛋白质的种类是不同的[2,3]。蛋白质是基因功能的实施者, 因此对蛋白质结构、定位和蛋白质-蛋白质相互作用的研究将为阐明生命现象的本质提供直接的依据。
差异蛋白质组学是蛋白质组学研究的重要内容, 包含了特异蛋白的表达模式和功能模式, 是研究植物生理、发育和遗传的重要工具。差异蛋白质组学着重于筛选和鉴定不同种类或状态下各样本之间蛋白质组的区别与变化, 具有很强的可实现性。
2 差异蛋白质组学的应用
应用差异蛋白质组学研究植物对胁迫的应答和适应性, 可以更好地了解植物在受到胁迫后的伤害机制, 揭示植物对环境的适应机制和防御机制。在植物的生存环境中, 存在一些非生物胁迫因素, 如干旱、盐渍、寒害、臭氧、缺氧、机械损伤等, 另有一些生物胁迫因素, 如虫害、细菌、真菌感染等, 这些胁迫都对植物的生长发育和生存产生严重影响, 并且可以引起蛋白质在种类和表达量上的变化。 Xiao等[4]对青杨 (Populus cathayana Rehder) 干旱胁迫进行了差异蛋白质组学研究, 干旱对青杨的初生代谢、光合作用均表现出一定程度的抑制作用, 结果显示40个差异蛋白与干旱胁迫相关, 这些蛋白的功能主要为转录翻译、光合作用、细胞骨架、次生代谢、分子伴侣、氧化还原以及胁迫应激。Caruso等[5]采用双向电泳技术对小麦的干旱胁迫进行了研究, 发现36个蛋白与小麦响应干旱胁迫相关, 这些蛋白主要行使5种功能, 其中糖酵解和糖异生相关蛋白占18%, 活性氧清除相关蛋白占15%, 行使氨基酸合成功能的蛋白占12%, 与卡文循环相关的蛋白占9%, 其他蛋白功能与防御机制以及蛋白转录后修饰相关。Jellouli等[6]研究了突尼斯葡萄品种Razegui在盐胁迫下蛋白质组的变化。对葡萄用100mMNaCl处理15天后, 提取其叶片、根、茎尖的蛋白质, 经2-DE电泳共得到800多个蛋白点, 其中有48个蛋白点差异表达, 根中有21个蛋白点发生变化, 而叶片和茎尖则是14和13个。叶片、根、茎尖对盐胁迫都有各自的生理快速应急机制, 而以根部的变化最为重要。他们发现一种叫做GP的抗盐胁迫蛋白质在叶片和茎尖中表达量很高, 对其氨基酸序列和cDNA的测序表明GP蛋白与病程相关蛋白 (PR10) 有98%的同源性, 这表明病程相关蛋白 (PR10) 在抗盐胁迫中也起到一定的作用。Wen等[7]对盐胁迫下水稻的蛋白质组学进行了研究, 结果得到11个差异蛋白点, 包括与光合作用和糖酵解相关的蛋白以及新的参与盐胁迫的蛋白, 如谷氨酰-tRNA-还原酶、烯醇化酶、盐蛋白 (SALT protein) 以及Os09g0249700等。Komatsu等[8]研究发现低温诱导水稻叶鞘糖基化的蛋白主要与能量代谢有关, 其中在冷胁迫下还发现磷酸化的钙网蛋白对其他蛋白起调控作用, 将两周龄水稻进行零上低温处理, 发现叶片中有60多个蛋白质点丰度上调, 质谱鉴定发现一些蛋白质涉及与蛋白质合成有关的蛋白因子、分子伴侣、蛋白酶与细胞壁成分合成有关的酶、抗氧化酶以及其他与能量代谢、信号传递相关的蛋白质。Shi等[9]对柚子果实厌氧胁迫的蛋白质组学进行了研究, 在果皮组织中发现了一系列厌氧相关蛋白, 其中64%的蛋白与逆境胁迫相关, 行使细胞修复、细胞防御以及细胞毒性等功能, 6%的蛋白参与能量代谢, 果肉组织中也发现了一系列厌氧蛋白, 其中38%与能量代谢相关, 31%与细胞修复、细胞防御、细胞周期以及蛋白质代谢相关。Danchenko等[10]利用高通量蛋白质组学技术研究了大豆对高辐射环境的适应机理, 结果表明在曾经发生核电站泄漏事故的切尔诺贝利地区大豆对辐射的适应机理与其对重金属胁迫、辐射损伤防护和种子贮藏蛋白转移的适应性有关。PAN等[11], 研究拟南芥施用茉莉酸处理与对照叶片蛋白质的差异表达变化, 筛选出10个与应答茉莉酸反应过程相关的蛋白。Majeran等[12]运用显微技术和差异蛋白质组学比较分析了以玉米为代表的C4植物叶片发育过程中的结构和代谢转变, 鉴定出4 300个蛋白点, 其中发现两个主要表达簇, 显示在叶片的发育过程中有限的发育调控网络参与组织协调蛋白的累积。采用蛋白质组学方法对豌豆上胚轴组织中应答谷胱甘肽 (GSH) 的抗病防御蛋白质种类和信息进行分析研究, 从GSH处理48h的豌豆白化苗上胚轴组织中共分离筛选得到4种蛋白质与豌豆的抗病防御反应密切相关, 包括病程相关蛋白PR10 (PI49) 、脱落酸胁迫响应蛋白ABR17 和ABR18 及1 个富含甘氨酸的RNA 束缚蛋白 (GRPs) , 发现ABR17 与PI49 在GSH 逆境胁迫下相伴出现, 二者交互作用可能提高豌豆的抗病性[13]。Marsh等[14]用iTRAQ蛋白质定量技术, 以易感病品种赤霞珠为材料, 对其感染白粉病后24h、36h、48h、72h这4个时段的蛋白质组进行了研究, 成功鉴定出63种蛋白质, 其中26种蛋白质与糖酵解、光合作用等能量代谢有关, 这些蛋白质在侵染后24h表达量下调, 随后3个阶段转而上调表达。Mukherjee等[15]对甘蓝链格孢菌感染的拟南芥进行了差异蛋白质组学研究, 最终得到11个差异蛋白点, 其中病害相关蛋白PR4、糖基水解酶和抗真菌的渗调蛋白在真菌侵染时被显著上调, 同时谷胱甘肽转移酶 (GST) 家族中有两个蛋白也被上调, 而GST家族蛋白在植物与病原体之间的相互作用中扮演着重要角色。
3 差异蛋白质组学的前景
近年来, 不同条件下植物蛋白表达谱的研究日益增多, 发现了许多与基因突变、发育、逆境、植物与微生物互作的新蛋白 (或基因) , 但是进一步证明这些新蛋白 (或新基因) 的功能研究的报道很少。2005年HUPO (human proteome organization) 大会提出了蛋白质组学研究应从蛋白表达转向蛋白功能研究的思路。因此, 运用功能基因组学、生化等方法进一步证实新蛋白质功能将是今后植物蛋白质组学研究的方向。
目前差异蛋白质组学的主要研究方法仍是2-DE分离和MS鉴定联合应用, 基于2-DE的2-D DIGE方法弥补了2-DE的弱点, 更适用于差异蛋白质组学研究。除2-DE技术外的其他几种技术手段, 如多维液相色谱分离技术[16]、ICAT技术[17]、蛋白芯片技术[18,19]等差异蛋白质组学研究技术可以作为2-DE技术的补充。
摘要：对差异蛋白质组学在植物逆境生理机制中的应用进行综述, 植物对干旱、盐胁迫、低温、厌氧等非生物胁迫, 以及虫害、细菌、真菌感染等生物胁迫均有很强的响应机制, 蛋白质组均发生了显著变化, 应用差异蛋白质组学研究植物对胁迫的应答和适应性, 可以更好地了解植物在受到胁迫后的伤害机制, 揭示植物对环境的适应机制和防御机制, 但关于逆境差异蛋白质组学在活性天然产物研究中未见文献报道。
植物逆境生理机制 篇2
植物对锌吸收运输及积累的生理与分子机制
锌是植物必需的营养元素,也是重金属污染元素之一.现代分子生物学的发展,极大地推动了植物体内与锌吸收运输有关转运蛋白的研究.目前发现,锌铁控制运转相关蛋白(ZIP)、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白NRAMP、重金属ATPase酶、阳离子扩散协助蛋白CDF、Mg2+/H+的反向交换转运蛋白MHX等运输蛋白参与细胞内Zn2+离子的.跨膜运输,调节植物细胞内zn2+平衡与分配.利用数量遗传学手段在在水稻上已找到与缺锌植株死亡率和叶片青铜病发牛率有关QTL位点.而在Thlaspi caerulescens和Arabidopsis halleri植物上鉴定出控制锌含量的QTLs,为寻找控制植物高效积累zn的遗传基础规律打下了基础.
作 者：汪洪 金继运 WANG Hong JIN Ji-yun 作者单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部植物营养与养分循环重点开放实验室,北京,100081刊 名：植物营养与肥料学报 ISTIC PKU英文刊名：PLANT NUTRITION AND FERTILIZER SCIENCE年，卷(期)：15(1)分类号：Q945.12关键词：锌 吸收 运输 超积累植物 运输蛋白 分子标记
水杨酸在植物逆境生理中的作用 篇3
植物在生长发育的过程中, 会遭受到如病虫害、低温、干旱、盐渍等一系列的逆境胁迫。此时, 植物会表现出抵抗这些不利环境的性状, 称之为植物的抗逆性。研究植物抗逆性, 除了科学认知方面的意义之外, 就最实用角度看, 提高栽培植物的抗逆性, 可以使一些自然条件较差的土地适于种植, 进而扩大栽培的面积;提高作物自身抗病虫害能力可以大大减少农药的使用, 减少环境污染。
SA是从柳树皮中分离出的有效成分, 是植物体内普遍存在的一种简单的小分子酚类化合物, 它的化学成分是邻羟基苯甲酸, 是肉桂酸的衍生物。SA已被确定为一种植物激素, 它是植物体内一种普遍存在的内源信号分子。近年来, 通过对SA的研究, 发现它在植物中具有许多重要的生理作用, 包括对抗病虫害、寒冷、干旱、盐渍等逆境胁迫[1]。
1 SA与植物的抗病性
自然条件下, 植物与各种潜在的病原微生物有着广泛和经常的接触。当植物被病原微生物侵染后, 会造成植物水分平衡失调、呼吸作用加强、光合作用下降、生长改变等一系列病害症状。但是由于植物具有有效的防御机制来抵抗病害的侵染, 所以植物病害的发生频率是很低的。近年来, 抗病信号及信号的转导已成为植物分子生物学研究的热点, 对植物病害的信号分子研究较多的集中在SA、茉莉酸和茉莉酸甲酯[2]。
近年来, 有大量证据表明, 植物体在受到病原微生物的侵染时, 内源SA水平会升高, 进一步诱导病原相关蛋白 (PRS) 基因的表达, 产生抗病蛋白, 提高植物的抗病性[3]。另外, 还有一些研究结果表明, SA可能的作用方式是:植株受病原菌侵染后, 体内水杨酸水平提高, SA与SA受体蛋白 (SABP) 结合, 抑制过氧化氢酶的活性, 导致体内过氧化氢的水平提高, 自由基产生, 高水平的SA作用于SA防卫信号传导链的上游和 (或) 下游, 也可能在诱导交替氧化酶基因表达的过程中起一定作用, 从而产生一种在呼吸作用或产热过程中期主要作用的酶[4,5]。
2 SA与植物的抗低温胁迫
低温胁迫对植物的危害, 按低温程度和受害情况, 可分为冷害和冻害两种。无论哪种都会严重影响植物的生长发育。大多数植物在受到低温胁迫时, 其水分平衡会失衡、膜结构的变化、酶活性发生变化等。
近年来, SA对提高低温条件下黄瓜、玉米、茄子和水稻的抗寒性已被证实[6,7,8,9]。通过给黄瓜幼苗喷洒, 250mg·L-1的SA可显著提高黄瓜幼苗叶片细胞膜的稳定性, 抑制叶片中MDA的累积, 提高植物的抗低温胁迫能力[10]。还有实验指出, 适宜浓度的外源SA能提高黑麦种子的萌发能力[11]。另外, 研究表明, SA能够明显降低低温处理下的膜透性, 提高抗冷能力。这一过程是通过提高活性氧清除酶活性、抑制膜脂过氧化作用来实现的[12]。另外, 在低温胁迫下, 植物内部的可溶性物质含量会升高, 带来两方面的效应:一是为新物质的合成和积累提供充分的底物;二是提高细胞内溶质的浓度, 降低细胞中溶质渗透势, 提高其渗透调节作用, 缓解因冷害胁迫给细胞带来的生物物理和生物化学变化, 如生物膜相变、电解质外渗、细有素物质积累, 从而相对提高耐冷性。
3 SA与植物的抗旱性
植物常常会遭受缺水的有害影响, 当植物消耗水大于吸水时, 就使组织内水分亏缺。过度水分亏缺的现象即为干旱。在干旱胁迫下, 植物的膜受到损伤、光合作用减弱、各部位间水分重新分配。研究证明, 外源SA能减缓水分胁迫下菜豆幼苗叶片含水量和光合色素含量的下降, 保持叶片的SOD、CAT和根的SOD、POD、CAT活性, 但却增加了叶片和根的电解质外渗率, 降低了叶片POD的活性“。此外, 对黄瓜进行研究也得到了类似的结果[14]。由此看出, SA可以在一定程度上缓解水分胁迫对植物造成的伤害。
4 SA与植物的抗盐性
盐胁迫可使得植物吸水困难, 生物膜被破坏, 生理紊乱。研究发现, 盐胁迫条件下SA能提高幼苗相对含水量, 降低Na+、K+向上运输的选择性, 通过促进子叶内超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性降低膜脂过氧化产物丙二醛的含量和质膜通透性, 缓解了盐胁迫对幼苗生长的抑制[15]。
以科学发展观引领思想政治教育文化功能建设
Cultural Function Construction of Ideological and Political Education Leading
by the Scientific Concept of Development
钟俊生ZHONG Jun-sheng;杨瑞峰YANG Rui-feng
(辽宁石油化工大学, 抚顺113001)
(Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China)
摘要:科学发展观是促进人的全面发展所必须坚持的指导理论。用科学发展观武装头脑, 用发展的眼光和思路谋划思想政治教育工作, 始终坚持以人为本, 与时俱进, 用统筹兼顾的方法指导思想政治教育工作。
Abstract:The scientific concept of development is the guiding theory to promote the comprehensive development of human beings.We should be armed with the scientific concept of development, develop the ideological and political education work with the development vision and idea, always adhere to the people-oriented, keep pace with the times, and guide the ideological and political education work with
关键词:科学发展观;思想政治教育文化功能;以人为本
Key words:scientific concept of development;cultural function of ideological and political education;people-oriented
中图分类号:G641文献标识码:A
0引言
科学发展观主要内容就是, “坚持以人为本, 树立全面、协调、可持续的发展观, 促进经济社会和人的全面发展”, 深入理解科学发展观的丰富内涵, 必须从以下几方面
作者简介:钟俊生 (1965-) , 男, 辽宁沈阳人, 辽宁石油化工大学纪
委书记, 教授, 硕士生导师, 研究方向为思想政治教育及行政管理;杨瑞峰 (1986-) , 男, 辽宁抚顺人, 辽宁石油化工大学马克思主义学院硕士研究生, 研究方向为思想政治教育与维护社会稳定。
在盐分过多时, 植物还会生成脯氨酸、甜菜碱等以降低细胞水势, 增加耐盐性。
5 结语
SA作为一种内源信号分子, 在植物的各种抗逆性中起着至关重要的作用。近年来, 对SA诱导植物抗逆的研究日益增多, 而且也取得了很大的进展。但是, 仍然有很多问题尚不清楚。尤其想要完全明确SA在植物抗性中作用的各种机制, 还需要更多的研究。
伴随着研究的深入开展, SA作用机制也再不断的被揭示, 在植物上也拥有了更多的应用。对植物体内的SA水平的提升, 并加上植物自身的调节能力, 调节体内的SA代谢基因表达, 有利于植物抵抗逆境;如果将通过筛选产生SA的特定的基因导入植物中, 就能够培育出具有遗传稳定性, 并在逆境环境下具有抗性的转基因植物。SA机制在植物的应用意义重大, 不仅增加了植物的产量, 还有效的控制了农药的使用, 优化了环境, 社会效益和环境效益一举两得。了解了SA的抗逆机制, 对于农业生产具有重要的意义。
文章编号:1006-4311 (2013) 03-0314-02
基本内容着重理解:一是“发展是第一要义, 核心是以人为本, 基本要求是全面协调可持续, 根本方法是统筹兼顾。”二是科学发展观把以人为本、促进社会全面进步和人的全面发展作为价值追求目标。三是统筹兼顾是落实科学发展观的根本方法。
思想政治教育的文化功能是指它对社会文化结构及其组成部分的影响。思想政治教育包含于文化之中, 是社会文化的重要组成部分, 它的功能与文化息息相关。思想政治教育文化功能是思想政治教育这座大厦的稳固基石,
摘要：植物生存于自然环境中, 会受到各种逆境的伤害。水杨酸 (salicylic acid, SA) 作为植物内源信号分子, 在逆境下会诱导产生, 缓解逆境对植物的伤害。本文综合近些年来的研究成果, 对水杨酸在植物逆境下的作用机理进行了简要综述。