外源海藻糖提高小麥耐熱性的生理機制研究.pdf

1、海藻糖(α-D-糖苷鍵，α-D-糖苷鍵)是由兩個葡萄糖分子組成的二糖。十九世紀初在黑麥的麥角菌中首先發(fā)現(xiàn)它的存在。隨后在細菌、真菌、真核微生物、昆蟲和無脊椎動物中發(fā)現(xiàn)也都有海藻糖。對于植物而言，一直認為海藻糖只存在于復蘇植物中起脅迫保護作用。但是，近年來的研究發(fā)現(xiàn)，海藻糖代謝在植物中也是普遍存在的。海藻糖因為沒有還原端使得其非常耐熱、pH變化和梅拉德褐變(碳水化合物與氨基酸之間的一種反應)。另外，海藻糖可以穩(wěn)定生物膜和生物大分子，脫水后

2、能形成玻璃狀結構。因此，海藻糖被認為是一種有效的食品穩(wěn)定劑、化妝品和藥物的添加劑。過去，對于海藻糖的研究大多以微生物為實驗材料，研究其對生物結構的保護作用，而以植物為實驗材料的研究較少。 隨著大氣中CO<,2>濃度的增加，全球平均氣溫在今后會日趨升高。高溫對植物的生長、生存及產量都會產生不利影響。盡管溫度會通過許多因素影響作物產量，但高溫對生理過程的直接影響起著主要作用，熱脅迫誘導的光合作用的降低會降低作物的整體產量。因此，隨

3、著全球溫度變暖，深入研究熱脅迫影響光合作用的機制，探討提高植物抵抗熱脅迫的途徑和方法顯得尤為重要。 鑒于此，在本課題研究了海藻糖對小麥耐熱性的改善作用及其生理機制，尤其是海藻糖對光合作用的影響及對光合機構的保護。脅迫處理為在40℃下分別處理12、24和36小時，然后在室溫下恢復12小時。選用0.5mmol/L、1,0mmol.L及1,5mmol/L三種海藻糖濃度根施處理小麥幼苗。主要結果與結論如下： 1適量的海藻糖是

4、小麥正常生長的基礎。在正常生長條件下，1．5mM海藻糖預處理沒有提高小麥葉片中海藻糖的含量。另外，低濃度的海藻糖預處理促進了小麥生長，而高濃度抑制了生長。在12 h和24 h熱脅迫條件下，海藻糖對小麥生長沒有顯著影響。而隨著海藻糖濃度的升高，在嚴重的36 h熱脅迫條件下，小麥生長受到抑制。在恢復常溫后，海藻糖預處理對小麥生長有一定的促進作用。然而，隨著熱脅迫處理時間的延長，小麥不能恢復正常生長，特別是在36h高溫及其恢復過程中海藻糖預處

5、理抑制了根系的伸長。 2在36 h熱脅迫處理及12 h和24 h高溫脅迫后的恢復過程中，海藻糖預處理提高了葉片含水量，這可能與其對水孔蛋白的保護有關。 3在36 h熱脅迫后的恢復過程中，海藻糖在一定程度上緩解了光抑制。 4海藻糖預處理可以通過降低光能的吸收、提高熱耗散能力來保護光合機構，提高小麥的耐熱性。熱脅迫處理降低了葉綠素含量和(A+Z)/(V+A+Z)的比率，而對β-胡蘿卜素含量幾乎沒有影響。當高溫脅

6、迫解除，恢復至常溫后，葉綠素含量和β-胡蘿卜素含量繼續(xù)降低，而(A+Z)/(V+A+Z)的比值顯著提高。然而，小麥幼苗經海藻糖預處理后，β-胡蘿卜素含量和(A+Z)/(V+A+Z)的比值顯著增加，葉綠素含量明顯降低?；謴椭脸睾?，葉綠素和β-胡蘿卜素的含量在海藻糖預處理的植株中也比未經海藻糖預處理的要低。 5 24 h熱脅迫破壞了葉綠體超微結構，海藻糖預處理可以保護葉綠體超微結構，尤其是在恢復至常溫后，與未經海藻糖預處理植株相

7、比，海藻糖預處理能促進結構較為完整的葉綠體的形成。 6熱脅迫破壞了一些類囊體蛋白，而海藻糖預處理可以保護20～97kD多肽防止其解體。特別是，海藻糖預處理在熱脅迫及恢復過程中可以保護D1蛋白，防止其降解，維持較高的PSⅡ光化學活性。 7在高溫及恢復常溫期間，海藻糖預處理對類囊體膜脂的組成和含量有一定的影響。與對照相比，24 h熱處理明顯增加了IUFA。然而，在熱脅迫及脅迫后的恢復過程中，與未經海藻糖處理相比，海藻糖預

8、處理卻顯著降低了IUFA，表明脂肪酸的不飽和程度與環(huán)境溫度有關。在恢復常溫過程中，海藻糖預處理增加了PC和PG含量。這些變化對于穩(wěn)定光合機構、防止熱脅迫誘導的光抑制、加速PS Ⅱ蛋白復合體的恢復有利。 8熱脅迫引起膜脂過氧化，破壞膜的完整性。海藻糖預處理可以緩解高溫對膜的傷害，表現(xiàn)為電解質外滲量、MDA含量降低，O<,2><'->和H<,2>O<,2>的積累減少。海藻糖對膜的保護與其誘導的脂氧合酶活性的降低、對抗氧化酶的保護及