低溫脅迫與溫度恢復(fù)過程中黃瓜葉片RFOs代謝研究.pdf

1、棉子糖家族寡糖(Raffinose family oligosaccharides，RFOs)在植物遭遇逆境脅迫時(shí)積累，可作為滲透保護(hù)劑、氧自由基清除劑或脫水保護(hù)劑緩解脅迫傷害。RFOs同時(shí)又是某些高等植物光合產(chǎn)物的主要運(yùn)輸形式，這些植物通常被稱為RFOs運(yùn)輸型植物。目前關(guān)于RFOs在蔗糖運(yùn)輸型植物脅迫反應(yīng)中的積累機(jī)制研究較多，但關(guān)于RFOs運(yùn)輸型植物受到逆境脅迫后RFOs如何代謝的研究卻很少。
　　黃瓜（Cucumis sati

2、vusL.）是一種具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的RFOs運(yùn)輸型植物，栽培過程中經(jīng)常會(huì)遭遇低溫等各種逆境脅迫。肌醇半乳糖苷合成酶(EC2.4.1.123)是催化RFOs合成的關(guān)鍵酶，α-半乳糖苷酶(EC3.2.1.22)是催化RFOs分解的關(guān)鍵酶，編碼這兩種酶的基因在黃瓜基因組中均以多拷貝存在。RFOs在黃瓜體內(nèi)身兼兩種功能:逆境保護(hù)和同化物運(yùn)輸載體。上述基因家族中的不同基因在合成和分解這兩類RFOs時(shí)是否存在功能上的分工以及不同的亞細(xì)胞分布尚不清楚

3、。
　　為此，本研究以黃瓜葉片為材料，研究低溫脅迫及溫度恢復(fù)過程中黃瓜葉片RFOs的積累和分解過程、相關(guān)酶基因的表達(dá)和活性變化及其亞細(xì)胞分布，以期探明RFOs在黃瓜低溫脅迫反應(yīng)中的代謝過程。結(jié)果如下:
　　1.低溫脅迫后，黃瓜葉肉細(xì)胞內(nèi)蔗糖、肌醇半乳糖苷、棉子糖、水蘇糖含量上升，恢復(fù)常溫后上述糖的含量逐步恢復(fù)至正常水平。各種可溶性糖的亞細(xì)胞分布為:蔗糖主要分布于細(xì)胞質(zhì)和葉綠體中，肌醇半乳糖苷主要分布于細(xì)胞質(zhì)中，棉子糖在細(xì)胞質(zhì)

4、、葉綠體和液泡中均有分布，水蘇糖和半乳糖則主要分布于液泡中。相關(guān)酶的亞細(xì)胞分布為:酸性α-半乳糖苷酶主要分布于液泡，堿性α-半乳糖苷酶在葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中均有分布，而肌醇半乳糖苷合成酶、棉子糖合成酶和水蘇糖合成酶主要分布在細(xì)胞質(zhì)中。上述糖和酶的亞細(xì)胞分布表明低溫脅迫后黃瓜葉肉細(xì)胞葉綠體內(nèi)的棉子糖以及液胞內(nèi)的棉子糖和水蘇糖均在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成，然后再運(yùn)輸至葉綠體或液胞中。
　　2.肌醇半乳糖苷合成酶(Galactinol synthase

5、，GolS)在低溫誘導(dǎo)時(shí)酶活性逐漸上升，溫度恢復(fù)時(shí)逐漸下降。在4種GolS基因中，GolSⅡ和GolSⅢ基因在低溫誘導(dǎo)第3天時(shí)開始表達(dá)，在低溫恢復(fù)過程中表達(dá)量下降且變化顯著，而GolSⅠ和GolSⅣ表達(dá)在溫度處理期間變化不顯著，表明黃瓜GolSⅡ和GolSⅢ受低溫誘導(dǎo)表達(dá)，在抵御低溫脅迫過程中起重要作用。棉子糖合成酶基因表達(dá)和酶活性在低溫處理后上升，溫度恢復(fù)后下降，與棉子糖含量變化一致，但水蘇糖合成酶基因表達(dá)和酶活性在溫度處理期間變化不

6、顯著。
　　3.酸性α-半乳糖苷酶Ⅰ和Ⅱ在低溫誘導(dǎo)和溫度恢復(fù)時(shí)表達(dá)變化不顯著，酸性α-半乳糖苷酶Ⅲ在恢復(fù)常溫后開始表達(dá)。亞細(xì)胞內(nèi)酶活性檢測(cè)表明，原生質(zhì)體及液泡內(nèi)酸性α-半乳糖苷酶在溫度恢復(fù)時(shí)酶活性均顯著升高。上述結(jié)果表明黃瓜酸性α-半乳糖苷酶Ⅲ在恢復(fù)常溫后液胞內(nèi)RFOs分解過程中起重要作用。
　　4.黃瓜堿性α-半乳糖苷酶Ⅱ和Ⅲ在低溫誘導(dǎo)時(shí)表達(dá)降低，溫度恢復(fù)時(shí)表達(dá)逐漸升高，堿性α-半乳糖苷酶Ⅰ的表達(dá)在溫度處理期間變化不顯著。