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油菜在缺磷时能分泌大量的有机酸。有机酸可以酸化根际土壤,增加土壤中磷的溶解度。白羽扇豆是能够通过产生排根适应缺磷的典型植物,其细胞膜H+-ATPase的活性显著高于供磷根系。但是,根系细胞膜H+-ATPase活性提高是否就代表着植物对低磷的一种普遍应激反应还有待商榷。油菜根系的质膜H+-ATPase活性在缺磷时是否发生变化则到目前为止还不明了。因此,用两相法分离水培油菜根系细胞膜,并测定了细胞膜H+-ATPase水解活性.结果如下:
1.与供磷植物相比,活体条件下,缺磷处理植株根系大量分泌H+并被钒酸盐抑制;缺磷处理植株磷含量明显下降。
2.离体条件下,缺磷和对照植株细胞膜H+-ATPase的最佳pH值均在6.0左右;缺磷油菜根系细胞膜上H+-ATPase水解活性和Vmax都有所提高,而Km和对钒酸盐的敏感性(I50)则降低。
3.Western Blot免疫杂交结果说明,缺磷油菜根系细胞膜H+-ATPase酶浓度显著高于供磷油菜植株。
结果表明,油菜根系细胞膜H+-ATPase水解活性升高是其适应缺磷的一种生理机制。通过提高H+-ATPase的活性很可以分泌大量氢离子作为有机酸阴离子分泌的伴随离子,两者都有助于活化根际土壤中被固定的磷。
目前,关于植物细胞膜H+-ATPase对缺磷的适应的研究集中于双子叶植物,而对于单子叶植物根系细胞膜H+-ATPase在缺磷时的反应在国内外尚未见报道,因此,以水稻为材料,研究了根系细胞膜上H+-ATPase对缺磷的适应机制。用两相法分离供磷和缺磷营养下水稻苗期根系的细胞膜,测定细胞膜上H+-ATPase的水解活性。研究结果如下:
1.缺磷的水稻根系细胞膜H+-ATPase的水解活性和H+-ATPase的Vmax、Km均低于正常供磷的植物。但是,两个处理间的I50值并没有显著性差异。
2.缺磷的水稻根系细胞膜H+-ATPase最佳pH值在6.0而正常供磷植物的在pH6.4左右。
3.Western Blot结果说明,缺磷水稻根系细胞膜H+-ATPase酶浓度与正常供磷植物相似。
4.本试验结果说明,缺磷水稻根系细胞膜H+-ATPase活性低的原因并不是因为其单位细胞膜上的H+-ATPase酶分子数量小于正常供磷的植物,而是缺磷水稻根系细胞膜上H+-ATPase的同工酶组成发生了改变(Km降低)。这很可能是缺磷胁迫下,水稻根系细胞膜H+-ATPase的一种适应机制。