质膜H^(+)-ATPase基因对铝胁迫下水稻硝态氮吸收的 调控作用

为探讨细胞质膜ATP酶(PM H^(+)-ATPase)基因对铝胁迫下水稻(Oryza sativa L.)吸收硝态氮(NO_(3)^(-)-N)的调控,本试验以2个水稻品种峰1A和峰1A优5为研究对象,以无铝处理幼苗为对照,分析铝胁迫下水稻根尖PM H^(+)-ATPase活性、H^(+)-泵活性、H^(+)通量、PM H^(+)-ATPase基因家族(OsA1~OsA10)表达水平、PM H^(+)-ATPase和14-3-3蛋白的互作水平以及NO_(3)^(-)-N吸收量。结果表明,与对照相比,铝胁迫下2个水稻品种根尖PM H^(+)-ATPase活性、H^(+)-泵活性和根尖H^(+)通量下降,PM H^(+)-ATPase和14-3-3蛋白的互作水平下降。铝胁迫抑制了OsA1、OsA5、OsA7和OsA8基因的表达,其中OsA7的表达水平显著下调,铝胁迫下峰1A和峰1A优5的OsA7表达量仅为对照组的21%和39%。NO_(3)^(-)-N吸收量较对照下降,分别为对照的81%和85%。综上,PM H^(+)-ATPase基因的表达水平影响水稻对NO_(3)^(-)-N的吸收能力,OsA1、OsA5、OsA7和OsA8在铝胁迫下水稻吸收NO_(3)^(-)-N过程中起关键的调控作用。本研究结果可为增强酸铝条件下水稻吸收NO_(3)^(-)-N的能力,促进水稻生长及增产提供理论依据。

过表达胡杨PeRIN4基因拟南芥提高质膜H^+-ATPase活性和耐盐性

本文克隆了RIN4(RPM1-interacting protein 4)在胡杨中的同源基因PeRIN4,并在拟南芥中进行过表达,通过研究转基因株系的耐盐表型、质膜H^+-ATPsae活性及H^+、Na^+、K^+等的动态离子流,揭示了PeRIN4基因在植物响应和适应盐胁迫环境中的作用。利用定位载体p Green0029-PeRIN4-GFP瞬时转化拟南芥叶肉细胞原生质体的方法,对胡杨PeRIN4蛋白进行亚细胞定位,发现该蛋白定位在细胞的胞质中。耐盐表型实验结果显示,在100 mmol/L NaCl处理下,拟南芥PeRIN4过表达株系(OE1和OE8)的生存率和根长均明显高于野生型(WT)和转空载体拟南芥(VC),说明PeRIN4基因能够提高拟南芥的耐盐性。与WT和VC相比,拟南芥PeRIN4过表达株系质膜H^+-ATPsae的活性较高。动态离子流数据显示,在盐胁迫下,PeRIN4过表达株系外排H^+和Na^+离子的能力强于野生型和转空载体拟南芥,然而K+的外流却弱于WT和VC。因此,PeRIN4蛋白具有调节质膜H^+-ATPsae活性的功能。拟南芥质膜H^+-ATPsae活性的提高主要有两方面的作用:一是可以增强H+泵的质子动力势,驱动Na^+/H^+逆向转运蛋白,提高Na^+外排的能力;二是抑制质膜的去极化,减少K+离子通过去极化激活的外向型K^+通道(DA-KORCs)和非选择性阳离子通道(DA-NSCCs)外流,维持了K^+/Na^+平衡,从而提高PeRIN4转基因拟南芥的耐盐性。

NaCl胁迫对构树质膜H^+-ATPase活性和表达的影响

以构树幼苗根组织和叶组织为实验材料,研究了NaCl胁迫对质膜H+-ATPase活性和表达的影响。结果表明:盐胁迫促进了构树幼苗质膜H+-ATPase活性的提高。随着NaCl处理浓度的升高,根中质膜H+-ATPase的活性呈持续上升趋势,而叶片中表现为先升高后降低的趋势。激光共聚焦和Western blot分析结果显示:NaCl胁迫诱导了质膜H+-ATPase的表达,酶蛋白量的增加可能是NaCl胁迫后构树幼苗H+-ATPase活性升高的原因之一。

半定量RT-PCR法检测低磷胁迫下大豆根系质膜H^+-ATPase基因的表达

试验以大豆为材料,采用水培方法,以β-微管蛋白基因为内参基因,用半定量逆转录聚合酶链式反应(se-mi RT-PCR法)检测在低磷胁迫下大豆根系质膜H+-ATPase基因表达量的变化,以期建立适于检测该基因表达的semi RT-PCR试验体系。结果表明:在低磷胁迫2 h时,与对照相比基因表达量有所增加,在4 h时相对表达量达到最大,6 h略有下降。这表明大豆根系质膜H+-ATPase基因表达量的增加可能与适应低磷胁迫的逆境有关,半定量RT-PCR法可以用来检测特定基因在不同条件下的表达量。

水稻叶片质膜H^+-ATPase对酸雨胁迫的适应机制

采用水培法研究酸雨胁迫对水稻叶片质膜H+-ATPase活性的影响,结果表明,高强度酸雨(pH 2.5和pH 3.0组)胁迫下,pH 2.5组质膜H+-ATPase活性显著受抑,胞内pH降低,POD活性受抑,pH3.0组质膜H+-ATPase活性上升,胞内pH降低,POD活性升高,质膜透性和MDA含量均增加,Fv/Fm和叶鲜重降低;低强度酸雨(3.0<pH≤5.5)胁迫下,质膜H+-ATPase活性应激升高,虽胞内pH降低,POD活性升高,质膜未遭明显损伤,对生长的抑制程度明显低于高强度酸雨胁迫.可见,酸雨胁迫下,质膜功能蛋白H+-ATPase能在一定范围内调节胞内pH,进而缓解大量H+引发的活性氧积累,减轻质膜损伤,从而增强作物对酸雨胁迫的抗逆性和适应性.

盐胁迫及La^(3+)对不同耐盐性水稻根中抗氧化酶及质膜H^+-ATPase的影响

用盐敏感的武运粳8号和强耐盐的韭菜青两个粳稻品种,比较了盐胁迫条件下根中抗氧化酶类和质膜H+-ATPase活性的变化以及La3+对其变化的影响。结果表明,两个品种根中SOD和APX活性无显著区别,但耐盐品种的CAT和POD活性强于盐敏感品种。盐胁迫不同程度地提高了两者抗氧化酶活性。La3+对其影响最显著的差异出现在高盐条件下(200~300mmolL-1NaCl),对耐盐品种添加La3+可以提高上述4种酶的活力,而对盐敏感品种,La3+的作用不明显。对盐敏感品种,盐胁迫导致其质膜H+-ATPase活性持续下降,添加La3+明显提高其H+-ATPase活性,而对耐盐品种,盐胁迫导致其质膜H+-ATPase活性呈现先降后升的趋势,La3+对其活性影响不大。进一步分析表明,上述H+-ATPase活性变化及La3+对其影响均发生在转录水平上。据此推测,以上2个品种可能具有完全不同的盐胁迫响应机制。

MeJA诱导的拟南芥保卫细胞H_2O_2积累与质膜H^+-ATPase的关系

茉莉酸类物质(JAs)作为与昆虫啃噬及损伤相关的植物激素和信号分子在植物防御反应中起重要作用,但是茉莉酸引起的早期防御反应的机理仍不清楚。该研究以拟南芥叶片保卫细胞为材料,结合非损伤微测(NMT)及激光共聚焦技术探讨了茉莉酸诱导的保卫细胞中质膜H+-ATPase与H2O2积累的调控关系。结果表明:茉莉酸甲酯(MeJA)处理导致H+迅速跨膜外排和H2O2积累,H+外排和H2O2积累能够被钒酸钠抑制,而二苯基碘(DPI)处理则对MeJA诱导的H+跨膜外排无显著影响。研究结果证明,在MeJA诱导的早期信号事件中,质膜H+-ATPase的激活先于H2O2的产生。

质膜H^+-ATPase与环境胁迫

植物根系质膜H+-ATPase在调节细胞内pH值,促进养分吸收、同化物运输等方面具有重要作用。对质膜H+-ATPase的结构、功能和分子机制进行综述,并讨论了质膜H+-ATPase在信号传递过程及植物适应环境胁迫中的作用,最后就植物质膜H+-ATPase的研究及应用提出几点看法。

模拟酸雨对水稻叶片质膜H^+-ATPase与质膜过氧化的影响

在水培条件下研究酸雨(pH值为2.5~5.5)对水稻叶片质膜过氧化与H+-ATPase活性的影响。结果表明,与对照相比,pH≥3.5酸雨处理下的水稻叶片质膜H+-ATPase活性、质膜透性、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢(H2O2)含量和过氧化氢酶(CAT)活性(pH=3.5下CAT活性除外)无显著变化(p<0.05);pH≤3.0处理组质膜H+-ATPase活性随酸雨pH值降低呈先升后降趋势,其余指标随pH值降低而增大,表明质膜H+-ATPase活性受抑使质膜过氧化加剧。在恢复期,pH≥3.5处理组各指标仍无显著变化(p<0.05);pH=3.0组各指标变幅减小,H+-ATPase与CAT活性恢复至CK(对照),表明植物自修复使质膜过氧化减轻;pH=2.5组H+-ATPase活性仍低于CK,质膜透性和MDA含量不仅高于CK且高于胁迫期,表明质膜H+-ATPase活性受抑使质膜过氧化持续。在高强度酸雨(pH≤3.0)的胁迫下,水稻叶片质膜H+-ATPase活性的变化与质膜过氧化程度密切相关。

铜对小麦根质膜H^+-ATPase活性的影响

用两相法提取小麦根质膜微囊,研究了铜对质膜H+-ATPase活性的影响.硫酸铜(CuSO4)抑制小麦根质膜H+-ATPase的活性,其作用具有浓度依赖性.金属离子螯合剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na2,200μmol.L-1)可以完全消除CuSO4对H+-ATPase活性的抑制效应.检测硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)的相对含量,结果显示Cu2+的加入使质膜微囊产生了较多的TBARS,表明Cu2+作用导致细胞膜发生较强的氧化损害.实验结果表明,CuSO4可以减弱小麦根质膜H+-ATPase的活性,此效应是由Cu2+引起的;此外,Cu2+导致质膜微囊产生较强的膜脂过氧化.

真菌质膜H^+-ATPase的研究进展

质膜H+-ATPase是一种阳离子泵,在真菌中有重要作用,它能在真菌质膜两侧产生质子电化学梯度,使营养物质或阳离子逆化学梯度跨膜运输,环境因子、调节域、蛋白激酶、钙离子信号等多种因素影响其活性。综述了真菌质膜H+-ATPase的结构特征、生理功能、作用机制、活性变化及其调节机理等的研究进展,以期为质膜H+-ATPase在真菌致病过程中的作用研究提供借鉴。

盐胁迫下植物质膜H^+-ATPase研究进展

质膜H+-ATPase在植物细胞的跨膜物质转运、胞内pH值调节以及植物对环境胁迫的响应等诸多方面具有重要作用,是植物生命活动过程的主宰酶.盐胁迫是影响植物生长发育的主要环境因子,植物质膜H+-ATPase活性的调节是植物适应盐环境、提高耐盐性的重要细胞机理.综述了植物质膜H+-ATPase活性变化及其调节机理对盐胁迫响应的研究状况,对质膜H+-ATPase活性调节机理研究中仍未解决的问题进行了展望.

缓慢干旱下春小麦叶片质膜脂肪酸组成、H^+-ATPase肥及5′-AMPase活力的变化

研究了田间缓慢干旱胁迫下,抗旱性不同的两个小麦(Triticum aestivum)品种的生长状况、质膜极性脂脂肪酸组成以及质膜关键酶活力的变化。在小麦生长发育的早期,干旱胁迫使其叶片质膜极性脂脂肪酸不饱和度下降、质膜微囊消耗O_2的速率升高、膜蛋白含量降低、H^+-ATPase(EC 3.6.1.35)活力下降、5′-AMPase(EC 3.1.3.5)活力大幅度升高;在小麦发育的后期,随着干旱的持续,小麦叶片质膜的极性脂脂肪酸不饱和度不变或升高、质膜微囊消耗O_2的速率降低、膜蛋白含量与H^+-ATPase活力升高、5′-AMPase活力下降。以上结果表明,小麦在发育的早期阶段对干旱较敏感,其细胞质膜流动性降低、细胞中能荷贮备降低;而在后期,则又表现出对干旱的适应。这些结果将有助于阐明自然干旱条件下植物的抗旱机制。

钒酸盐对玉米根质膜H^+-ATPase的抑制机理研究

用葡聚糖两相分离法从玉米根中获得高纯度的质膜微囊,在一系列ATP浓度(0~5 000μmol.L-1)下,测定不同钒酸盐浓度(0、30、300μmol.L-1Na3VO4)处理对H+-ATPase酶活性的抑制作用,研究钒酸盐对质膜H+-ATPase的抑制机理。结果表明:在0~3 000μmol.L-1ATP浓度范围下获得的H+-ATPase的动力学参数与0~5 000μmol.L-1ATP浓度范围下有较大差异;钒酸盐对玉米根质膜H+-ATP酶的抑制属非竞争性抑制。此外,玉米根质膜H+-ATPase存在底物(ATP)抑制,在使用DYNAFIT软件对底物抑制机理的相关动力学参数和曲线方程进行了拟合过程中,发现钒酸盐可能掩盖或延缓底物抑制作用。

胡杨愈伤组织质膜的两相分离法及其H^+-ATPase的特性

以胡杨愈伤组织为材料,用PEG3350/DextranT500构成的两相系统提取质膜微囊,研究质膜H+-AT-Pase的特性。结果显示:由6.3%PEG3350、6.3%DextranT500、KCl、磷酸缓冲液(pH7.8)和蔗糖构成的两相系统提取膜微囊的H+-ATPase活性分别被Na3VO4、KNO3、NaN3抑制了约75%、2.6%和1.3%。方向性检测显示原位膜微囊占提取质膜微囊的90%,翻转膜微囊仅占10%。去垢剂对质膜H+-ATPase活性的影响说明0.015%的TritonX-100和0.01%～0.1%的Brij58适用于测定质膜H+-ATPase活性。Lineweaver-Burk动力学分析该酶的Km值为0.65mmol·L-1,Vmax为37.59μmolPi·mg-1protein·h-1。研究结果表明:两相法提取的质膜微囊主要是正向密闭的膜微囊;胡杨愈伤组织质膜H+-ATPase的最适pH为6.5,最适温度为37℃左右。

盐胁迫对芨芨草种子萌发苗Na^+,K^+含量与质膜H^+-ATPase活性的影响

以芨芨草(Achnatherumsplendens)种子萌发苗为试验材料,分别以不同浓度NaCl和Na2SO4进行胁迫,通过对芨芨草叶片和根系中Na+,K+含量以及质膜H+-ATPase活性进行测定,以探讨盐胁迫对芨芨草中Na+,K+分布以及质膜H+-ATPase活性的影响。结果表明:随着NaCl和Na2SO4浓度的增加,芨芨草根系和叶片的Na+含量增加,K+含量下降,K+/Na+比值下降,根系中质膜H+-ATPase活性增加;在NaCl和Na2SO4胁迫下,芨芨草叶片中Na+含量显著低于根系,K+含量显著高于根系,叶片的K+/Na+比值均大于1并明显高于根系,根系的质膜H+-ATPase活性显著高于叶片;与NaCl相比,Na2SO4胁迫下,芨芨草根系向叶片的离子选择性运输系数(TSK,Na)较高,叶片和根系的质膜H+-ATPase活性明显高于相同浓度的NaCl胁迫组。与NaCl胁迫相比,芨芨草对Na2SO4胁迫的适应性更强。

酸和铁胁迫对紫花苜蓿根系质膜H^+-ATPase活性的影响

以紫花苜蓿品种WL-525为材料,研究了在pH4.5和pH6.0的环境下,缺Fe2+和富Fe2+胁迫对紫花苜蓿根系质膜H+-ATPase活性的影响。实验结果表明:紫花苜蓿根系质膜H+-ATPase酶的活性在强酸胁迫、缺Fe2+和富Fe2+胁迫,以及酸、铁共同胁迫下均发生明显的变化,呈现出短时间胁迫,质膜H+-ATPase活性升高,然后随着处理时间的增加,酶活性呈现不同程度的下降趋势。研究结果说明,在强酸和Fe2+胁迫下,苜蓿根系质膜H+-ATPase酶的活性会发生变化,以减轻苜蓿根系受到的伤害。

大豆下胚轴质膜H^+-ATPase质子转运的测定

以大豆下胚轴为材料，采用改进的匀浆介质，通过两相法制得具有质子转运活力的高纯度质膜微囊．并且发现冻融处理可以促进质膜微囊的翻转而提高荧光猝灭效率．质子载体和质子转运特性分析表明，由Ｍｇ２＋ＡＴＰ引发的荧光猝灭可以被质子载体ＣＣＣＰ恢复，并被质子通道抑制剂ＤＣＣＤ抑制；并且发现质膜Ｈ＋ＡＴＰａｓｅ专一抑制剂钒酸钠可以完全抑制荧光猝灭，同时发现荧光猝灭依赖于Ｍｇ２＋，并受Ｋ＋刺激，最适ｐＨ为６５．以上证明所测荧光猝灭是由质膜Ｈ＋ＡＴＰａｓｅ所进行的质子转运引起的．结果同时表明，维持Ｈ＋ＡＴＰａｓｅ合适构象和提高质膜微囊封闭性是制备具有Ｈ＋转运活力质膜微囊的两个关键因素．

一氧化氮调节盐胁迫下小麦幼苗根部质膜H^＋-ATPase和焦磷酸酶活性提高耐盐性

采用外源一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)研究了NO对盐胁迫下小麦(Triticum aestivum L.)幼苗耐盐性的影响。结果表明，0．1mmo1／L SNP处理显著缓解了150mmo1／L NAC1胁迫对小麦幼苗生长的抑制效应，包括水分丧失以及叶绿素降解，从而提高了小麦幼苗的耐盐性。进一步结合1mg／mL血红蛋白处理则显著逆转了SNP诱导的上述效应；利用亚硝酸钠和铁氰化钾作为对照也证实了NO对小麦幼苗耐盐性的专一性调节作用，并可能与NO对小麦幼苗根部质膜H^+-ATPase和焦磷酸酶活性诱导有关。此外，尽管NO显著提高了盐胁迫下小麦幼苗根部细胞质膜H^+-ATPase和焦磷酸酶的ATP水解活性，但是对跨膜H^+转运则没有明显影响。应用外源CaSO4和EGTA处理也证实，Ca^2+可能在NO诱导的质膜H^+-ATPase和焦磷酸酶活性的提高过程中起信号作用。另外，分析盐胁迫下小麦幼苗根部Na^+和K^+含量的变化也发现，NO对Na^+含量没有明显影响，但是却显著提高了K^+水平和K^+/Na^+比，这可能也是NO提高小麦幼苗耐盐性的原因之一。

氯化镁预处理对美人蕉根部质膜H^+-ATPase活性与农田废水硝态氮吸收效率的影响

以湿地挺水植物七叶红色大花美人蕉(Cana generalis Bailey)幼苗为实验材料,在温室中用150μmol/L氯化镁溶液预处理12h,然后置于硝态氮(NO3--N)浓度为10mg/L的农田废水中处理,考察氯化镁预处理对美人蕉吸收农田废水中硝态氮效率的影响,以及处理期间根部质膜H+-ATPase活性、H+-泵活性、14-3-3蛋白与质膜H+-ATPase相互作用。结果显示:经过150μmol/L氯化镁溶液预处理12h后,美人蕉吸收农田废水中硝态氮的效率比对照增加11%;与没有预处理的植株相比,氯化镁预处理美人蕉根中质膜H+-ATPase和H+-泵的活性均显著提高,质膜H+-ATPase和14-3-3蛋白的相互作用显著增强。研究表明,氯化镁能够通过增强质膜H+-ATPase与14-3-3蛋白的相互作用来提高质膜H+-ATPase的活性,从而增加美人蕉对硝态氮的吸收效率。