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缺磷胁迫导致高等植物叶片中磷脂酰甘油(PG)含量降低的机理研究 | |
其他题名 | Studies on the Mechanism of the Decrease of Phosphatidylglycerol Content in Leaves of Higher Plant Under Phosphate Deficiency |
王海英 | |
学位类型 | 博士 |
导师 | 许亦农 |
2005 | |
学位授予单位 | 中国科学院植物研究所 |
学位专业 | 植物学 |
关键词 | 磷脂酰甘油 磷脂酰甘油水解酶 磷脂酶C 磷脂酶D 磷胁迫 |
摘要 | 磷脂酰甘油(PG)是植物类囊体膜中唯一的磷脂,在它的sn-2位上总是连着一个棕榈酸(16:0)或反式十六碳烯酸(16:1 trans)。由于PG的分子结构独特,对它的功能已有了很多研究,目前认为PG在维持类囊体膜的结构与功能方面具有非常重要的作用。缺磷胁迫下,蓝藻、衣藻及拟南芥、大麦等物种中均检测到了PG含量的下降。对这一现象的常见解释是缺磷导致了PG生物合成受阻,从而引起了其含量的降低。但迄今为止尚没有试验证据支持。本研究比较了缺磷对不同叶龄的小麦与烟草叶片中PG含量与PG水解酶的活性的影响,同时对缺磷叶片酶粗提液水解外源PG后的主要产物、几种磷脂酶抑制剂对上述酶反应的影响等进行了研究,以阐明缺磷条件下叶片中PG含量下降的主要原 因。 缺磷小麦第一叶完全展开时,PG含量与PG水解酶活性均与对照相似;而第三叶完全展开时,尽管缺磷第三叶中PG水解酶活性也与对照相似,但其PG含量低于对照。这一结果表明,在小麦叶片完全展开之前,缺磷条件未影响叶片中的PG水解酶活性,第三叶中较低的PG含量应由PG的生物合成受阻引起。并且,由于缺磷植株第一叶完全展开时PG含量未受影响而第三叶中却表现出了轻微降低,可以推测叶片萌发越晚,PG生物合成受到的抑制就会越严重。 为了研究叶片衰老过程中PG含量下降的原因,我们比较了6,10,14与18日龄时缺磷与对照小麦植株第一叶中PG的相对含量与PG水解酶活性。研究发现:6日龄时,刚刚完全展开的缺磷和对照小麦第一叶中无论是PG含量还是PG水解酶活性都较为相似;而随着叶片的逐渐衰老,缺磷植株第一叶中PG含量大幅度下降,同时伴随着PG水解酶活性的急剧上升。18日龄时,缺磷小麦第一叶中的PG含量较对照降低了69.1%,其PG水解酶活性也远高于对照,37ºC下温育30min后,缺磷叶片的酶粗提液使外源PG含量降低了74.16%,而对照中只降低了13.7%。上述结果表明,缺磷条件下,小麦叶片中PG含量降低的程度与PG水解酶活性的强弱密切相关,PG水解加剧是导致老叶中PG含量降低的一个重要原因。 磷脂酶是水解磷脂的主要酶类。目前在植物体中发现的磷脂酶种类主要有磷脂酶D(PLD)、磷脂酶C(PLC)与磷脂酶A(PLA)。通过薄层层析(TLC),我们发现缺磷小麦叶片的酶粗提液水解外源PG后的主要产物是磷脂酸(PA)、二脂酰甘油(DAG)与游离脂肪酸(FFA)。将n-丁醇加入到缺磷小麦叶片的体外酶反应体系中后,观察到PA、DAG与FFA的生成量均表现出一定程度的降低。由于n-丁醇是PA经PLD途径生成的抑制剂,因此,上述结果表明PLD参与了缺磷条件下小麦叶片中PG的水解。硫酸新霉素是PLC的非特异性抑制剂,低浓度的硫酸新霉素(100μM 和 200μM )加入到缺磷小麦叶片的体外酶反应体系后,三种产物的生成受到了严重抑制,表明PLC也与缺磷叶片中PG的降解密切相关。 为了进一步分析缺磷导致PG含量降低的原因,我们以烟草为试验材料,检测了缺磷胁迫对烟草嫩叶和老叶中的PG含量、PG水解酶活性、与PG降解相关的酶的种类及PLC、PLDα、PLDβ与PAT-1基因在mRNA上表达水平的的影响。结果表明,缺磷烟草叶片中PG含量的降低由PG生物合成受阻与PG降解加剧共同导致,PLC和PLD活性与烟草叶片中PG的降解有关。缺磷植株老叶中PG水解酶活性及PLC、PLDα、PLDβ基因在mRNA水平上的表达量均高于对照,表明在磷胁迫条件下,老叶中PG水解酶活性可能受到转录水平上的调节, PLC、PLDα、PLDβ转录活性的增强导致了PLC、PLD活性加强,从而引起PG降解的加剧,最终导致了PG含量的降低。与PLC、PLDα和PLDβ不同,缺磷胁迫对patatin蛋白(表现PLA2活性)的编码基因PAT-1在转录水平上的表达无影响,TLC分析PG的水解产物也未检测到溶血磷脂酰甘油(LPG)的生成。由此可见,PLA活性可能与缺磷条件下PG的降解无关。 |
页数 | 90 |
语种 | 中文 |
文献类型 | 学位论文 |
条目标识符 | http://ir.ibcas.ac.cn/handle/2S10CLM1/14207 |
专题 | 中科院光生物学重点实验室 |
作者单位 | 中国科学院植物研究所 |
第一作者单位 | 中国科学院植物研究所 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 王海英. 缺磷胁迫导致高等植物叶片中磷脂酰甘油(PG)含量降低的机理研究[D]. 中国科学院植物研究所,2005. |
条目包含的文件 | ||||||
文件名称/大小 | 文献类型 | 版本类型 | 开放类型 | 使用许可 | ||
200560.pdf(2041KB) | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | 浏览 请求全文 |
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