NaCl胁迫对盐地碱蓬根、茎、叶液泡膜H~+-ATPase和H~+-PPase活性的影响

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盐渍条件下,稀盐盐生植物可通过将Na~+等有害离子区域化到液泡中以缓解盐害。Na~+的区域化主要依赖于液泡膜Na~+/H~+逆向转运蛋白的运转,而液泡膜质子泵(V-H~+-ATPase、V-H~+-PPase)为其提供质子驱动力。本实验以典型的稀盐盐生植物盐地碱蓬为材料,200 mmol/L NaCl处理后测定有关生理指标及不同器官中V-H~+-ATPase和V-H~+-PPase的活性,并对V-H~+-ATPase和V-H~+-PPase进行了Western blot和Northern blot分析,旨在探讨V-H~+-ATPase和V-H~+-PPase对NaCl胁迫响应的器官组织差异及其与抗盐性的关系。主要结果如下: 1.NaCl处理对盐地碱蓬叶、茎和根生长的效应 200 mmol/L NaCl显著促进盐地碱蓬的生长,且对盐地碱蓬不同器官生长的促进作用不同,显著促进叶和茎的生长,而根的生长在盐胁迫下保持稳定,可见盐处理对盐地碱蓬生长的影响具有器官特异性。 低盐度生长条件下,盐地碱蓬有强烈的聚Na~+作用。盐处理后,盐地碱蓬不同器官中细胞汁液的Na~+浓度较对照均显著增加,叶和茎细胞汁液中的Na~+浓度显著高于根部,分别为根的6.4倍和7.5倍,约占整株Na~+含量的93%,而根中Na~+含量较低,只占7%左右。盐处理导致盐地碱蓬各器官细胞汁液的K~+浓度较对照均显著降低,但植株的生长却明显好于对照,说明细胞内K~+浓度在一定范围内的降低对盐地碱蓬的生长没有影响。细胞汁液Na~+浓度的升高及K~+浓度的降低必然导致Na~+/K~+比较对照的显著增加。可见盐地碱蓬根部的作用不在于积盐,而是通过吸收大量Na~+和一定量K~+,并将绝大部分离子输送到叶和茎中积累以进行渗透调节,保证植物在盐渍条件下能够维持正常的生长状态。作为积盐植物,盐地碱蓬的叶和茎是主要的积盐器官。 2.NaCl处理对盐地碱蓬根、茎、叶的V-H~+-ATPase活性及亚基表达的效应在对照和200 mmol/L NaCl处理条件下,盐地碱蓬各器官中V-H~+-ATPase的活性大小顺序均为:叶>茎>根。NaCl处理后,盐地碱蓬叶和茎中V-H~+-ATPase水解活性较对照均显著增加,根中该酶活性的增加不显著。蛋白印迹分析显示盐地碱蓬叶和茎中V-H~+-ATPase A亚基在对照和NaCl处理时均有明显表达,且除A亚基70 kDa带外都存在另外两条带。它们可能是A亚基发生部分降解的产物,也可能由于A亚基在叶和茎中存在异构现象。V-H~+-ATPase A亚基在根中的蛋白表达量低于叶和茎,NaCI泌边刀盘泄砚落湘、劣、砂滋脸脚口H”一Tpase柳丫~尸尸口‘e汗逻肘暴嗬但受到盐胁迫的诱导。对V一H+一灯Pase全酶的蛋白印迹分析显示,盐地碱蓬各器官v一H十一ATPase的亚基种类在NaCI处理后没有变化。盐胁迫明显诱导盐地碱蓬各器官B、c亚基的蛋白表达量,而叶和茎中A亚基的表达量较对照没有明显变化。叶中各亚基的表达量大于茎中,根中表达量最低。对盐地碱蓬叶、茎和根总RNA的Northemblot分析表明盐胁迫明显诱导了盐地碱蓬各器官V一H十一ATPase的B、。亚基基因转录的协同增强,亚基基因的转录水平叶中高于茎中,根中最低,这种变化趋势与盐地碱蓬不同器官v一H气ATPase亚基的蛋白表达量及酶活性相一致。3.Naa处理对盐地碱蓬根、茎、叶的V-H十一PPase活性及亚基表达的效应 完全Hoagland营养液培养条件下,盐地碱蓬各器官中V一H十一PPase活性的大小顺序为:叶>茎>根。NaCI处理后,盐地碱蓬叶中V一H气PPase的水解活性较对照降低,但不明显,茎和根中V一H十一PPase的水解活性较对照都有显著增加。NaCI处理后,盐地碱蓬各器官中V一H气PPase活性的大小顺序为:茎>叶>根。对盐地碱蓬根、茎、叶液泡膜微囊V一H气PPase的Westem blot分析表明,NaCI处理后,盐地碱蓬叶和茎中V一H气PPase的蛋白表达量与对照相比增加,而根中V一H十一PPase在印迹图上没有显示出来,但是检测到了根液泡膜H十一PPas。的水解活性,所以可能是V一H十一PPase在盐地碱蓬根中表达量太少的缘故。 总之,在盐渍条件下,盐地碱蓬的叶、茎和根在生长、离子积累、液泡膜质子泵活性及其在转录和翻译水平的表达等方面存在明显差异。说明盐胁迫下,盐地碱蓬的耐盐性受多种因素影响,盐地碱蓬不同器官在植株耐盐方面的作用和地位不同,盐胁迫下盐地碱蓬液泡膜H十一ATPas。与扩一PPase活性的变化及其蛋白表达量的变化与细胞汁液中Na+的积累相一致,可见液泡膜质子泵在Na+区域化中起重要作用。盐地碱蓬的叶和茎是主要的积盐部位,而V一『一ATPase可能是与盐地碱蓬耐盐有关的主要的质子泵。
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