植物抗逆性生理生化研究的某些進展

摘要：糧食問題是全球性的問題，由于近年來全球氣候變暖、環(huán)境問題日益嚴峻，使得糧食的生產(chǎn)受到嚴重的影響，因此很多農(nóng)業(yè)學家提出要加大農(nóng)業(yè)投入、擴大農(nóng)作物的種植面積來增加糧食的總產(chǎn)量，但是這一做法需要面臨逆境限制的問題。因此，工作的重點又轉(zhuǎn)到了克服逆境限制的問題上，若這一問題能夠得到解決則糧食問題就能夠得到很好的解決。本文主要從基因遺傳等方面對植物的抗逆性生長進行了闡述。

關(guān)鍵詞：植物 蛋白 可逆性

植物的抗逆性研究對解決全球性糧食問題有很重要的作用，如何增強植物的抗逆性成為了農(nóng)業(yè)學家們的工作重點，得到了全球各國相關(guān)學者的關(guān)注和支持，是當前農(nóng)業(yè)問題研究中的重點。

一、代謝適應(yīng)的改變

1.Ca的光合作用轉(zhuǎn)向CAM的途徑。

滲透條件下植物的水分會下降，從而導(dǎo)致氣孔的關(guān)閉。氣孔關(guān)閉以后，進入葉子的二氧化碳含量會降低，從而降低光合作用的強度，導(dǎo)致發(fā)生光破壞的現(xiàn)象。因此研究的首要問題就是要在水分下降、氣孔關(guān)閉的情況下，維持碳的轉(zhuǎn)化過程。自然情況下，CAM植物葉片的氣孔在干旱條件中的光照期中是關(guān)閉的，晚上才會開放，而二氧化碳進入后會穿過PEPCase和蘋果酸脫氫酶然后儲存于蘋果酸中，在液泡中堆積。到了白天再從液泡中出來，將光能變?yōu)榛瘜W能。

植物學家經(jīng)過不斷的研究發(fā)現(xiàn)，葉菊類植物在NaCl 、PEG和干旱條件的共同作用下，可以將 Ca的光合作用轉(zhuǎn)變成 CAM途徑。而誘導(dǎo)其過程產(chǎn)生的條件是 PEPCase 。經(jīng)過植物學家的多次實驗得出結(jié)果：在被脅迫的條件下，PEPCase 、酶蛋白量以及mRNA這三者的含量變化是相同的，而PEPCase的表達是一個可逆的過程，可以在轉(zhuǎn)錄的過程中調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定程度。但是這些改變只有在葉菊的生長達到合適的階段才會發(fā)生。

2.淹水或無氧中的糖酵解。

在淹水或無氧的條件下，植物也要維持其所需要的能量。有植物學家對玉米在無氧環(huán)境中的蛋白質(zhì)的改變情況進行了研究，發(fā)現(xiàn)其蛋白質(zhì)的合成有兩種方式，一是過渡多肽，另一種是厭氧多肽。前者會在厭氧的前五小時內(nèi)形成，并且會以較快的速度增長，五小時后就會開始下降并在短時間內(nèi)降到最低水平；后者會在缺氧后1.5-72小時內(nèi)生成，細胞死亡時才會開始降低。不斷的研究證明，厭氧多肽中存在糖轉(zhuǎn)化所需要的酶類，這些酶在淹水以及無氧的情況下可以為植物的生長提供相關(guān)能量，也可以誘導(dǎo)乙醇的發(fā)酵來避免酸中毒現(xiàn)象的產(chǎn)生。

二、滲透調(diào)節(jié)及其相關(guān)物質(zhì)的積累。

1.滲透調(diào)節(jié)情況下蛋白和基因的運輸。

trk和kdp是影響鉀離子轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)的基因，與之對應(yīng)的編碼蛋白就是Trk 和Kdp，這兩種都是與膜結(jié)合后的親和蛋白質(zhì)，尤其是 Kdp，它與蛋白質(zhì)的親和力是最高的，可以促進鉀離子由細胞外進入到細胞內(nèi)。陽性鉀離子在細胞內(nèi)積累到一定濃度時，就會打破細胞內(nèi)電荷的平衡，因此需要不帶凈電荷的物質(zhì)來進行調(diào)節(jié)，保證電荷的平衡。

2.滲透調(diào)節(jié)情況下物質(zhì)的合成酶以及基因。

谷氨酸可以在相關(guān)酶類的共同作用下合成脯氨酸，正常條件下植物內(nèi)所含的脯氨酸對其合成酶有一定的抑制作用，而且在脅迫條件下，其酶活性會大大降低。有科學家對其進行了深入的研究，不僅能夠證明脯氨酸在脅迫條件下的重要作用，而且為科學家對高等植物進行類似的研究打下了良好的基礎(chǔ)。在研究中發(fā)現(xiàn)高級植物中所存在的鉀離子可以促進脯氨酸的合成，但具體機制仍不太清楚。甜菜堿作為有機溶質(zhì)之一，在葉綠體中可經(jīng)二次脫氫后形成甜菜堿。在此轉(zhuǎn)化過程中起到重要作用的激化酶BADH近年來也備受關(guān)注，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)其數(shù)量的增加可以使酶的活性成倍的增強，對植物可逆性研究有著重要的作用。

三、逆境中蛋白的誘導(dǎo)和作用

植物內(nèi)部的蛋白在逆境條件下會受到抑制，但是其也會產(chǎn)生新的蛋白。最早發(fā)現(xiàn)的蛋白是高溫下產(chǎn)生的熱激蛋白，以后又有其他蛋白產(chǎn)生，這些蛋白的功能雖然還不清楚，但科學家們對其可能產(chǎn)生的作用做了以下預(yù)測：

1.可以在適應(yīng)中儲存蛋白。

科學家們在近期對煙草懸浮液的研究中發(fā)現(xiàn)，脅迫條件下可初步形成一種有適應(yīng)性的儲存蛋白，但是在種子里卻沒有這種物質(zhì)。Osmotin作為一種陽離子蛋白，可以在有鹽的環(huán)境中生存，分別可溶性和顆粒性兩種。在沒有鹽的培養(yǎng)過程中，鹽適應(yīng)細胞也會產(chǎn)生一些陽離子蛋白，這些蛋白大多數(shù)存在于液泡和液泡膜上，科學家特地對其進行深入的研究。

2.逆境蛋白與酶抑制蛋白的相同點。

植物內(nèi)部有很多可以抑制酶蛋白的物質(zhì)，這些物質(zhì)大多為多肽，植物遭到外界破壞時其含量會大幅增加，從而保護植物。玉米中能夠抑制蛋白的物質(zhì)在植物受到損害時也會含量增加保護植物，提高植物的防御能力。部分科學家將這種蛋白與氨基酸進行類比來推測逆境蛋白的作用，研究結(jié)果顯示它們的同源性可以達到58%。

3.重金屬結(jié)合蛋白。

由于動物體內(nèi)含有的金屬硫蛋白有很好的解毒作用，所以，科學家們根據(jù)這個對植物也進行了類似的研究。最初從豆類等植物中發(fā)現(xiàn)了能夠與鈣離子結(jié)合的蛋白，通過分析這些蛋白的性質(zhì)與動物體內(nèi)的硫蛋白相似，但也有一些不同之處，因此被稱為類金屬硫蛋白。植物中還有一種蛋白叫做植物螯合肽，這兩種蛋白都能夠誘導(dǎo)金屬離子并與之結(jié)合，使得細胞內(nèi)的金屬離子濃度降低，起到解毒的作用。

總結(jié)：

文章通過對于分析植物的代償變化、滲透調(diào)節(jié)以及誘導(dǎo)蛋白的功能作用，對植物在逆境和脅迫條件下的生長進行了研究，并根據(jù)研究結(jié)果對其可能起到的作用進行了預(yù)測。以后還會對于這一課題進行深入的研究，以盡早的解決植物的逆性生長問題，為解決全球性的糧食問題做出更大的貢獻。

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作者簡介：

洪子茜（1996.09- ），女，漢族，福建南安人，四川師范大學生命科學學院在校學生，研究方向為微生物以及植物抗逆生理。