植物水分胁迫诱导蛋白研究进展
【进展】植物水分胁迫抗性生理生化研究进展
【关键字】进展植物水分胁迫抗性生理生化研究进展摘要：干旱是影响植物生长发育最主要的逆境因子。
干旱胁迫下，植物体内的不同物质的代谢都随之发生变化，其中主要包括糖类，蛋白质，植物激素等。
本文介绍了植物在干旱胁迫下的生理生化响应，同时还系统的介绍了几类干旱胁迫下的代谢产物的最新研究进展。
它们作为调节代谢的物质，在干旱胁迫下发挥着重要作用。
关键词：干旱胁迫，渗透调节，耐旱性，植物激素Plant drought stress: physiological and biochemical mechanismsAbstract: Drought affects plant growth most seriously. Metabolize of various matters has been influenced in drought stressed plants, including sugars、proteins、plant hormones and so on. This paper introduce physiological and biological responses of plant to drought stress, and current researchs regarding several drought induced Metabolize producetions which play important roles as Metabolize conditioner in drought stress.Key word: drought stress, osmotic regulation, drought tolerance, plant hormone干旱是影响植物生长发育最主要的逆境因子。
严重影响植物的生长发育，造成农作物减产，并且使生态环境日益恶化。
提高植物的抗旱性对农业生产实践及生态保护与环境建设具有极其重要的作用。
植物响应水分胁迫的分子机制研究进展
植物响应水分胁迫的分子机制研究进展
万小荣;莫爱琼;余土元
【期刊名称】《广东农业科学》
【年(卷),期】2011(038)007
【摘要】水分胁迫是影响植物生长发育及农作物产量和品质的主要限制因子.论述植物响应水分胁迫的分子机制,其信号转导整个过程包括细胞感知水分胁迫信号、胁迫信号的传递、第二信使激活一些相关的转录因子、转录因子与顺式元件相瓦作用诱导基因的表达.在水分胁迫起始信号和靶基因表达之间至少存在4条独立的信号转导途径,包括两条ABA依赖型和两条非ABA依赖型途径.ABA依赖型途径中有一条必须有蛋白质合成,非ABA依赖型途径中有一条与低温胁迫有共同的信号转导通路.
【总页数】5页(P5-8,21)
【作者】万小荣;莫爱琼;余土元
【作者单位】仲恺农业工程学院生命科学学院,广东,广州,510225;仲恺农业工程学院教学科研基地,广东,广州,510225;仲恺农业工程学院生命科学学院,广东,广
州,510225
【正文语种】中文
【中图分类】Q945.78
【相关文献】
1.植物抗氧化系统对水分胁迫及复水响应研究进展 [J], 胡国霞;马莲菊;陈强;赵贵林;褚妍;任菲;李雪梅
2.水分胁迫下植物叶片抗氧化系统的响应研究进展 [J], 闫成仕
3.植物对水分胁迫响应的分子机制与抗逆基因工程的研究进展(综述) [J], 陈新建;陈占宽;刘国顺;刘鸿先
4.植物水分胁迫响应的分子机制与抗逆基因研究进展 [J], 李凤新
5.植物响应亚适低温的生长发育及分子机制研究进展 [J], 孙艳;蒲文宣;吴长征;黄平俊;孙铭雪;宋德安;刘来华
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生态学研究进展植物水分利用效率及其影响因素
干旱诱导蛋白与抗旱性
• 植物在受到干旱胁迫时，原来一些蛋白质的合成受到抑制， 体内总蛋白质的合成速率下降，与此同时又合成一些新的 蛋白质，这就是干旱诱导蛋白。干旱诱导蛋白在植物对逆 境的适应过程中起重要的保护作用，可以提高植物对干旱 的耐胁迫能力。
• 研究表明，在水分亏缺造成植物的各种损伤出现之前，植 物就对水分胁迫做出包括基因表达在内的适应性调节反应， 这是植物自身的保护性选择。因此对干旱诱导蛋白的研究 也成为解释植物适应干旱逆境基因表达机制的热点。
生态学研究进展--植物水 分利用效率及其影响因
素
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2020/11/26
生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
植物抗旱机理研究进展
• 在干旱区，特别是在荒漠中，植物长期生长在干旱、炎热 的恶劣环境中，在形态结构及生理功能上形成了独特的适 应特征。
• 抗旱性是植物对逆境的一种功能性适应，植物抗旱的机理 不是孤立的一个因素作用，是多种性状的一个综合，主要 涉及到形态、结构和生理等多方面的特性。
• 植物体内抗氧化系统主要有两类：①酶保护系统，包括Ｓ ＯＤ （超氧化物歧化酶）、ＰＯＤ（过氧化物酶）、Ｃ ＡＴ（过氧化氢酶）等；；②非酶保护系统，包括ＡＳＡ （抗坏血酸）、ＧＳＨ （谷胱甘肽）、Ｃｙｔｆ （细 胞色素ｆ ）、维生素Ｅ 和类胡萝卜素等。
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生态学研究进展植物水分利用效率及 其影响因素
• 在早期的研究中发现，干旱胁迫下根中合成的ＡＢＡ极有 可能充当化学“信息”物质，它们在地上和地下部分组织 中的拮抗作用和配比平衡将影响植物的气孔行为、光合作 用和形态建成等诸多方面，从而使植物的水分和同化产物 利用效率提高，能够在干旱环境下正常生长。
Байду номын сангаас
植物水分胁迫响应的分子机制与抗逆基因研究进展
大量 受 Ｄ Ｅ 制 的胁 迫诱 导基 因的表 达 ， 而使 Ｒ控 从 植物 的综合抗 性得到 提高 。
在 脱水过程 中被抑 制 ，以减 少光氧化 胁迫 。
２ １植物 水分胁迫 的实验 系统 ． 忍耐 系统 ： 主要包 括各种 植物 的种 子和被 子
１４ 细胞 膜 的变化 ．
下，吸水 的 多少 由根 系深 度决 定 ， 层 吸水 差是 深
由于根长 不够 所致 。抗 旱性 强 的植 物 ，根 长度 、
细胞 膜 的稳 定 性是 筛 选 谷类 作 物 中干 旱忍
耐性 的主 要指标 ，广 义遗 传力 分析 表 明：Ｃ Ｓ在 Ｍ 自然 界 中是基 闪型 的变异 ， 且是 多基 型 的 。 干
换受氮 素营养 的影ｕ ， 素营养 的调节能 力受水 ｌ氮 匈 势影 响， 缺乏和 水分亏缺 ， 氮 极大地 降低光 合活 陛； 胁迫 条件诱发 的氧化伤 害可导致 叶绿 体超微
结构 如基 粒膜 的大量改变 。 为揭 示这些 水分胁 迫的分子机 制 ， 们长期 人
调节性 蛋 白：蛋 白激 酶、转 录因子等 。
解质 的渗漏 作用 。
１ ５光 合器 的变化 ．
在 植物 受到胁 迫 时 ， 往往 影 响到植物 的光 合 作用 ：干旱 胁迫 导致光 合速 率 、 孔导 度和 叶 肉 气
电 大理 工
总第 ２５ ４ 期
度 的降低 并伴 随着 Ｃ ２ 度 的增 加 ； ０浓 光合 气体交
合成 酶 、 保护大 分子和 膜 的蛋 白质 、 解毒酶类 等 。
植物 中 的更 苏植物 。 子在最 后成 熟时可 以脱 去 种
密度 高 。根水 势能 也能 反映根 系 的吸 收功 能 。 根
植物水分胁迫的研究进展
植物水分胁迫的研究进展摘要：从植物对水分胁迫的生理反应、水分胁迫的研究方法等方面进行综述,探讨植物水分胁迫的进展及发展趋势。
关键词植物生理反应水分胁迫研究进展引言世界上有大面积干旱和半干旱地区的国家,如前苏联、美国、印度和澳大利亚等都把抗旱性研究作为重点。
前苏联马克西莫夫的关于干旱对生长发育的影响研究、干旱和原生质胶体化学与透性相互关系的研究以及研究提出的灌溉方案和指标,至今仍有重要意义。
美国学者在植物水分和抗旱性方面,做了许多深入的工作。
Kozlowski在其主编的《水分亏缺和植物生长》中,对抗旱性的理论和实际问题做了很多介绍。
印度研究者偏重于应用方面,在作物产量与用水效率关系和品种抗旱鉴定方面成效显著。
世界上约有30%以上的土地属于干旱和半干旱地区,干旱严重影响植物的生长发育,并使生态环境日益恶化。
如何开发利用干旱、半干旱地区种植植物,已成为一个亟待解决的问题,因此植物与水分关系的研究日益受到各国学者的重视。
目前国内外水分胁迫研究内容主要集中在水分胁迫对植物的微观机理、形态、生理生化影响等方面。
现将植物水分胁迫研究进展及发展趋势综述如下。
1.水分胁迫对植物外部形态、解剖构造的影响植物形态结构和功能的统一是抵抗逆境的生物学基础。
干旱环境下生长的植物外部形态表现出一定的适应特征（Iannucci，2002），地上部分矮小，根冠比值较大（王海珍，2003），是由于水分胁迫下光合产物向地下部分尤其是细根迁移，使地下部分的分配比例增加，最终改变了苗木光合产物的分配格局，使根冠比增加（韦莉莉等，2005）[1]；气孔深陷，根系发达，能有效的利用土壤中的水分，特别是深层土壤的水分。
叶片多表皮毛、刺毛且厚实，角质化程度高，上皮层和脂质层较厚，有利于减少水分的蒸发散水；叶片的细胞体积与叶面积比值较小，以减少细胞吸水膨胀和失水收缩产生的细胞损伤（武维华，2003）[2]。
水分胁迫条件下，植物的根、茎、叶等生长均会受到不同程度地抑制。
植物水分胁迫诱导蛋白的研究进展
摘 要 ：主 要彳 塑 了植 物 水舟 胁 迫诱 导 蛋 白曲表 达模 式 、 征 、 粪 、 能及 其请 导过 程 中 的 信 号 转 导 ￣ 特 舟 功 及 诱 导机 制＝ 认 为胁迫 谤 导 蛋 白的产 生是 植 物 逆 境 迫 的一 茹适 应 性反 应 导 蛋 白从 多方 面 保 诱 护 植 物 避 免或 减 少胁 迫所 造 成 的伤 害 一植 物 通过 多种 连径 感 受并 转 导 干 旱胁迫 信 号 ， 导 出 多种基 请
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反 应 。人 们 已用 “ 串话 ” 词 代 替 以 往 的 “ 一 互 作 ” 描 述 这 种 关 系 。 信 号 系 统 具 有 时 空 来 性 ． 四 维 的 。 细 胞 的 空 间 结 构 使 信 号 转 导 是 时 ． 组 特 定 域 的 受 体 、 子 通 道 、 子 泵 和 一 离 离 Ｃ Ｍ 结 合 蛋 白 可 能 形 成 一 个 特 定 反 应 的 转 ａ
水分胁迫对植物生理生化研究进展
关 键 词 ：植 物 ；水 分胁 迫 ；生理 生化
水是 植 物生 长 发 育 的 一个 重 要 环 境 因子 ， 水 分 过多 或过 少 ， 同样 对 植 物 生长 都 是 不 利 的。土
１ 水 分 胁迫 下 的 气孔 运 动
干旱条 件下 植 物 气 孔 运 动 有 两 个 特 点［ ； ７ ① 叶 子 气 孔 关 闭 先 于 叶 子 萎 蔫 。在 叶 子 水 分 亏 缺 早
收 稿 日期 ： ０ ２０ — ５ ２ １ ５１
气孑 复合 体 而关 闭气孑 。许 多实验 证 实 了该 理论 Ｌ Ｌ
旱涝 灾 害是 人 类 当前 面 临 的重 大 自然 灾 害 。 据 统计 ， 全球 每年 由旱 涝 所 造 成 的 损 失 约 占 自然 灾 害 的总损 失 的 ６ 以上 ， 至 ７ Ｌ ， 中干 ０ 甚 ０ 】 其 ］ 旱造 成 的损失 量超 过其 他逆 境造 成 的总 和［ 。而 ２ ］ 我 国是一 个 幅员辽 阔的 国家 ， 区差 异较 大 ， 北 地 南 降 雨 不 均 ， 季 节 性 差 异 明 显 ， 涝 灾 害 频 繁 发 且 旱
的维管 组织 构成 了一个 运输 速度 快 、 率高 、 效 阻力 小 的水链 系 统 。在这 一系统 中从 根到 叶 的水 势逐
旱胁 迫指 土壤 或大 气缺 乏对 植物 有效 的水 分供 应
而使 植物 遭受 损 害 ； 水 涝 胁 迫 主要 指 土 壤 水 分 而
超过 田问持水 量 ， 致 氧 气 不 足 而使 植 物 遭 受 损 导
重影 响植 物 的正常 生长 发育 ， 为此 ， 现将 从植 物 水
植物水分胁迫研究进展
植物水分胁迫研究进展
翟学昌;彭丽
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2008(000)036
【摘要】水分胁迫严重影响植物生长发育.本文从水分胁迫对植物外部形态、解剖结构,光舍特性的影响,以及与渗透调节和活性氧变化等生理生化方面进行综述,为研究植物抗旱育种奠定基础.
【总页数】2页(P351,378)
【作者】翟学昌;彭丽
【作者单位】江西环境工程职业学院,江西,赣州,341000;江西环境工程职业学院,江西,赣州,341000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.土壤水分胁迫对植物生理生态影响的研究进展 [J], 谢雯颖
2.园艺植物水分胁迫研究进展 [J], 刘毅;邢晓莹;张盼飞;化延斌;李六林
3.蛋白质组学在植物水分胁迫应答中的应用研究进展 [J], 李国龙;吴海霞;孙亚卿
4.土壤水分胁迫对植物生理生态影响的研究进展 [J], 谢雯颖;
5.丛枝菌根真菌对植物抵抗水分胁迫的影响研究进展 [J], 田鑫怡;马俊;李珊;王梦媛
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植物水分胁迫诱导蛋白研究进展施俊凤1,孙常青2 (1.山西省农业科学院农产品贮藏保鲜研究所,山西太原030031;2.山西省农业科学院作物遗传研究所,山西太原030031)摘要 干旱是影响植物正常生长发育的一种最主要的逆境因子,研究发现了大量的植物应答水分胁迫的蛋白。
笔者综述了这些蛋白的特性和功能,以提高人们对于植物抗旱机理的认识。
关键词 水分胁迫;功能蛋白;调节蛋白;植物中图分类号 S311 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2009)12-05355-03P rogress in P roteins R esponding to W ater Stress in P lantsSHI Jun 2feng et al (Institute of Farm Products S torage ,Shanxi Academ y of Agricultural Sciences ,Taiyuan ,Shanxi 030031)Abstract Drought is an im portant stress factor ,which im pacts the grow th and developm ent of plants.At present ,a series of proteins responding to water -stress in plants have been reported.T he study summ arizes the characters and functions of these proteins for enhancing integrated understanding to the m echanism of proteins inv olved in the tolerance to water stress in plants.K ey w ords W ater stress ;Functional protein ;Regulatory protein ;Plant作者简介 施俊凤(1977-),女,山西代县人,助理研究员,从事抗旱分子研究。
收稿日期 2009202206 干旱在我国是影响区域最广、发生最频繁的气象灾害。
植物在遭受干旱胁迫时,会做出各种反应来避免或减轻缺水对其细胞的伤害。
随着分子生物学技术和理论的发展,抗旱相关基因不断被克隆,现已证明一些基因表达产物可增强植物的抗逆性。
根据其功能,可分为调节蛋白和功能蛋白两大类。
1 调节蛋白调节蛋白在逆境胁迫信号转导和功能基因表达过程中起调节作用。
目前,已发现的主要有转录因子、蛋白激酶、磷脂酶C 、磷脂酶D 、G 蛋白、钙调素和一些信号因子等。
1.1 转录因子 转录因子对水分胁迫的响应非常迅速,一般数分种即可达最高水平,转录因子C BF1、C BF2、C BF3、C BF4和DRE B1a 、DRE B1b 、DRE B1c 、DRE B2通过与顺式作用元件CRT/DRE 结合,引起一组含顺式作用元件CRT/DRE 的抗旱功能基因表达。
在拟南芥等多种植物中,DRE 顺式作用元件普遍存在于干旱胁迫应答基因的启动子中,对干旱胁迫诱导基因的表达起调控作用。
转录因子A BF 和bZIP 可与顺式作用元件A BRE 特异结合,通过依赖A BA 的信号转导途径调控植物对冷害、干旱和高盐碱等环境胁迫的反应[1];MY B 和MY C 可与MY BR 和MY CR 特异结合,引起相应抗旱功能基因的表达;WRKY 调控的目标基因启动子是具有W 框的顺式元件,在拟南芥中约有100个WRKY 成员,存在于根、叶、花序、脱落层、种子和维管组织中,参与植物胁迫反应的很多生理过程[2]。
1.2 蛋白激酶 目前已知的植物干旱应答有关的蛋白激酶主要有受体蛋白激酶(RPK )、促分裂原活化蛋白激酶(M APK )、转录调控蛋白激酶(TRPK )等。
RPK 与感受发育和环境胁迫信号相关;M APK 与植物对干旱、高盐、低温等反应的信号传递有关;TRPK 主要参与细胞周期、染色体正常结构维持等的基因表达[3]。
M AP 激酶级联信号转导途径由M AP 激酶(M APK )与M AP 激酶激酶(M APKK )和M AP 激酶激酶激酶(M APKKK )组成。
植物细胞感受环境胁迫(如损伤、干旱、低温等)后,通过受体蛋白激酶、M APK 4、蛋白激酶C 和G 蛋白等上游激活子顺次激活M APKKK 、M APKK 和M APK 。
M APK 被激活后进入细胞核,通过激活特定转录因子引起功能基因的表达或停留在胞质中激活其他酶类如蛋白激酶磷酸酶、脂酶等,最终引起植物细胞对内外刺激的生理生化反应。
目前已经在植物中鉴定出多个由干旱胁迫所诱导的与M APK 信号通路有关的蛋白激酶,如A T MPK3、A T MEKK1和RSK 等。
利用酵母双杂交系统,M iz oguchi 等证明A T MEKK1参与拟南芥对干旱、高盐、低温和触伤胁迫信号传递的M APK 级联途径[4]。
最近,T aishi 等报道,在拟南芥中有一种蛋白激酶SRK 2C 可响应干旱胁迫诱导,将该基因敲除后的突变体srk2c 对干旱极敏感[5]。
另外,用花椰菜病毒的35S 强启动子构建超表达SRK 2C 的转基因植株,其抗旱性也明显增强。
1.3 与第二信使生成有关的蛋白酶 P LC 是主要的磷酸二酯酶,水解磷酸二酯键,根据水解的磷脂不同,可产生IP3、DAG 、PA 等。
IP3可提高细胞质溶质中的C a 2+浓度,诱导抗性相关基因的表达[6]。
DAG 和PA 可通过诱导活性氧(ROS )的产生,引起相关抗性基因的表达,从而增强植物抗旱性。
C a 2+是最受关注的第二信使,在保卫细胞中,干旱信号导致C a 2+浓度增加,引起气孔关闭。
C a 2+与其受体蛋白钙调素结合发生构象变化,通过C a 2+/C aM 依赖性蛋白激酶(C DPK )起作用,使蛋白质的S er 或Thr 磷酸化,引起下游信号传递,使抗旱相关基因表达。
2 功能蛋白 功能蛋白往往是整个水分胁迫调控通路的终端产物,直接在植物的各种抗旱机制中起作用。
当植物遭受水分胁迫时,其本身作为一个有机整体能从各方面进行防御。
K azuk o 等将植物水分胁迫功能蛋白分为渗透调节相关蛋白、膜蛋白、毒性降解酶、大分子保护因子和蛋白酶5大类[7]。
2.1 渗透调节相关蛋白 当植物遭受渗透胁迫时,会积累大量渗透调节物质,如脯氨酸、甘露醇、甜菜碱、可溶性糖和一些无机离子等。
这些物质可使植物在胁迫条件下保持吸收水分或降低水分散失,维持一定的细胞膨压,保持细胞生长、气孔开放和光合作用等正常生理过程。
现已发现很多渗安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2009,37(12):5355-5357,5385 责任编辑 胡剑胜 责任校对 况玲玲透调节物质合成的关键酶类以及糖类、脯氨酸的转运蛋白等,并通过基因工程手段进行转基因研究,证实了这些基因在植物抗旱过程中的作用。
目前,对参与渗透调节物质研究较多的是甘氨酸甜菜碱(G B)合成中的关键酶类。
甜菜碱由胆碱经两步合成,在藜科和苋科植物中,甘氨酸甜菜碱生物合成的第一步由胆碱单氧化酶(C M O)催化,干旱和高盐都诱导C M O的表达,该酶的基因已被克隆[8]。
G B合成的第二步由甜菜碱醛脱氢酶(BA LDH)催化[9];BA LDH是由核基因组编码的、定位于叶绿体中分子量为54267D的同源二聚体,渗透胁迫下BALDH在大麦、菠菜、甜菜等植物中可被强烈诱导表达[10]。
与渗透调节相关的关键功能蛋白吡咯啉252羧酸还原酶(P5CR)和吡咯啉252羧酸合成酶(P5CS)是脯氨酸合成中的关键酶。
干旱胁迫时P5CR的基因表达受强烈诱导,复水时则受抑,说明该酶为水分胁迫条件下脯氨酸代谢中的限制因子之一,转入P5CS基因的植株可累积比对照多10～18倍的脯氨酸,使植株的抗旱和抗盐能力显著提高[11]。
有文献指出,普通菜豆脯氨酸合成酶基因PvP5CS2(Phaseolus vulgaris P5CS2)的表达受干旱、高盐和冷胁迫诱导,脯氨酸积累受PvP5CS2基因转录水平的调控[12]。
糖类也是保护生物体免受干旱损伤的主要物质。
Shen等证明了转甘露醇212磷酸脱氢酶的编码基因mtlD的烟草抗旱性增强[13]。
H olmstrom等将编码酵母海藻糖262磷酸合成酶亚基(56kD)的tp s1基因转入烟草得到的转基因植株,抗旱性也明显强于对照[14]。
2.2 膜蛋白 植物遭受水分胁迫的基本伤害是原生质膜的损伤,目前研究较多的与水分胁迫相关的膜蛋白有水孔蛋白、转运蛋白、离子通道蛋白等。
质膜质子泵H+2A TPase可将质子泵出细胞而形成跨膜质子动力势,影响离子运输和代谢物出入细胞。
研究表明,质膜H+2A TPase受多种逆境条件的影响,可能是逆境的作用位点C as7[15]。
关于该酶受水分胁迫诱导表达的大量研究资料表明,干旱胁迫下植物P M H+2A TPase活性变化因植物种类、品种、组织器官或生育时期而异。
胁迫较轻、时间较短的条件下,抗旱的作物、品种或器官,P M H+2A TPase活性高,且干旱胁迫使酶活性有所上升;而胁迫严重、时间较长的条件下,对水分敏感的作物或品种P M H+2A TPase活性下降[16-17]。
脂转蛋白(LTP)可与磷脂的两个酞基链结合并提高体外膜间磷脂的转移,可参与膜的生物发生及胞内脂肪酸库的调节[18]。
尽管LTP基因对发育和环境信号的响应很复杂,但干旱条件下,植物中LTP大量表达的证据已有报道[19]。
水孔蛋白(AQP)不仅可促进水分长距离运输和细胞内外的跨膜水运输,还可调节细胞胀缩。
可分为4类:质膜内在蛋白(PIPs)、液泡膜内在蛋白(TIPs)、N LM蛋白(N LMs)和小碱性内在蛋白(SIPs)[20]。
在适宜环境下,烟草NtAQP1的表达对植株水分的吸收无明显作用,但在水分胁迫(PEG处理)下,反义株快速萎蔫,而正常株体内的NtAQP1大量表达[21]。
Long等的报道也表明,水分胁迫下,抗旱性较强的旱稻的水孔蛋白基因RWC3的mRNA表达增加,而抗旱性较弱的水稻RWC3的表达没有明显变化;超表达RWC3的转基因水稻的根渗透水导度、水势及蒸腾等都得到改善[22],因此RWC3的表达可缓解水分胁迫对水稻的影响。
但是,Aharon等通过对转拟南芥PIP1b的转基因烟草的研究发现,水分充足时,PI2 Plb的超表达可显著提高植株的生长速率、蒸腾速率、气孔密度和光合速率;而在干旱胁迫和盐胁迫下,PIPlb超表达只有负作用,植株萎蔫的速度更快。