全 文 ：外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片膜脂过氧化
及质子泵活性的影响*
田摇 婧摇 郭世荣**摇 孙摇 锦摇 王丽萍摇 阳燕娟摇 李摇 斌
(南京农业大学园艺学院 /农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室, 南京 210095)
摘摇 要摇 以较为耐热的黄瓜品种‘津春 4 号爷为试材,在人工气候箱中,采用石英砂培养加营
养液浇灌的栽培方式,研究了叶面喷施外源亚精胺(Spd)对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片膜脂过
氧化程度、质子泵活性及其基因表达的影响.结果表明: 高温胁迫下,外源 Spd 促进黄瓜幼苗
株高、茎粗、干、鲜质量和叶面积显著增加,有效抑制叶片相对电导率、丙二醛(MDA)含量和脂氧
合酶(LOX)活性的升高,有助于提高叶片细胞质膜和液泡膜 H+鄄ATPase 活性,但在基因表达水
平上无显著差异.外源 Spd可显著降低黄瓜幼苗叶片膜脂过氧化程度,提高质子泵活性,从而稳
定膜的结构和功能,缓解高温胁迫对黄瓜幼苗造成的伤害,提高幼苗对高温胁迫的耐性.
关键词摇 黄瓜摇 高温胁迫摇 亚精胺摇 膜脂过氧化摇 质子泵活性
文章编号摇 1001-9332(2011)12-3252-07摇 中图分类号摇 Q945. 78摇 文献标识码摇 A
Effects of exogenous spermidine on lipid peroxidation and membrane proton pump activity of
cucumber seedling leaves under high temperature stress. TIAN Jing, GUO Shi鄄rong, SUN Jin,
WANG Li鄄ping, YANG Yan鄄juan, LI Bin (College of Horticulture, Nanjing Agricultural Universi鄄
ty / Ministry of Agriculture Key Laboratory of Southern Vegetable Crop Genetic Improvement, Nanjing
210095, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(12): 3252-3258.
Abstract: Taking a relatively heat鄄resistant cucumber (Cucumis sativus) cultivar ‘Jinchun No. 4爷
as test material, a sand culture experiment was conducted in growth chamber to investigate the
effects of foliar spraying spermidine (Spd) on the lipid peroxidation, membrane proton pump activi鄄
ty, and corresponding gene expression of cucumber seedling leaves under high temperature stress.
Compared with the control, foliar spraying Spd increased the plant height, stem diameter, dry and
fresh mass, and leaf area significantly, and inhibited the increase of leaf relative conductivity, ma鄄
londialdehyde (MDA) content, and lipoxygenase (LOX) activity effectively. Foliar spraying Spd
also helped to the increase of leaf plasma membrane鄄 and tonoplast H+ 鄄ATPase activity, but no sig鄄
nificant difference was observed in the gene expression levels. These results suggested that exoge鄄
nous Spd could significantly decrease the leaf lipid peroxidation and increase the proton pump activ鄄
ity, and thus, stabilize the leaf membrane structure and function, alleviate the damage induced by
high temperature stress, and enhance the heat tolerance of cucumber seedlings.
Key words: cucumber; high temperature stress; spermidine; lipid peroxidation; proton pump ac鄄
tivity.
*国家重点基础研究发展计划项目(2009CB119000)、农业部现代农业
产业技术体系建设专项资金项目(CARS鄄25鄄C鄄03)、江苏省农业三项工
程项目(SX(2010)087)和江苏省高校优势学科建设工程项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: srguo@ njau. edu. cn
2011鄄04鄄02 收稿,2011鄄10鄄20 接受.
摇 摇 黄瓜(Cucumis sativus)起源于温暖湿润的喜马
拉雅山南麓热带雨林及印度北部[1-2],在我国已有
2000 多年的栽培历史. 黄瓜食用方便,富含维生素
A、C及多种有益矿物质,是我国主要的蔬菜栽培作
物之一[3] .近年来,我国黄瓜设施栽培面积迅速扩
大,实现了周年生产并成为最主要的设施农产品之
一.黄瓜性喜温不耐热,适宜同化温度为 25 益 ~ 30
益,超过 35 益会导致热伤害[4] .生产中高温不仅存
在于露地栽培,设施栽培中也时有发生,严重影响黄
瓜的产量和品质,已成为黄瓜生产中的重要胁迫因
子之一[5] .随着全球温室效应的不断加剧,我国各
地区热害发生日趋严重,黄瓜耐热性研究也越来越
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 12 月摇 第 22 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2011,22(12): 3252-3258
受到科研工作者的重视[6-7] .
多胺(PAs)是一类低分子量脂肪族含氮碱,主
要种类有腐胺(Put)、亚精胺( Spd)和精胺( Spm).
在生理 pH条件下,PAs 以多聚阳离子状态存在,可
与 DNA、RNA、蛋白及磷脂相结合,参与调节膜的生
理生化特性、核酸的结构和功能以及酶活性等[8] .
PAs参与植物响应多种非生物逆境,如高盐、干旱、
矿质缺乏、冷害、机械伤害、重金属污染和紫外辐射
等,PAs积累与植物耐性提高有关[9] .高温使黄瓜花
粉和花药中的 Put、Spd 和 Spm 含量降低,花粉管生
长受到抑制,而外源 Put 有明显的缓解作用[10] . 杜
永臣等[11]研究发现,高温下耐热番茄品种总能保持
较高水平的 Spm 和 Spd,即 Spm 和 Spd 含量升高与
抗逆性的增强相一致. 这可能是因为 Spd 能有效保
护热胁迫下番茄植株的光系统 II[12] .笔者前期的研
究结果也表明,外源 Spd 预处理能有效提高短期高
温胁迫下黄瓜幼苗 SOD、POD和 CAT活性及抗坏血
酸含量[13] . 本试验采用叶面喷施 Spd 的方法,研究
了外源 Spd 对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片膜脂过氧
化、质子泵活性及其基因表达的影响,以期为深入了
解 Spd提高黄瓜耐热性的作用机理提供理论基础.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料与试验设计
供试黄瓜品种为较耐热的‘津春 4 号爷.种子经
温汤浸种,29 益催芽,萌发后选取均匀一致的露白
种子,播于装有石英砂的营养钵(10 cm伊10 cm)中,
保持每钵一苗.在温室自然光照下培养,清水浇灌,
待子叶展平后更换为 1 / 2 Hoagland 营养液浇灌(营
养液 pH 值为 6郾 5 依 0郾 1, EC 值 为 2郾 2 ~ 2郾 5
mS·cm-1).幼苗三叶一心时转入人工气候箱内培
养,光照强度 300 滋mol·m-2·s-1,光周期 12 h / 12
h,温度 28 益 / 18 益,相对湿度 70% ~ 75% . 幼苗在
箱内适应 2 d后,将一半转入温度为 42 益 / 32 益的
气候箱内进行高温处理,同时将常温与高温处理的
一半幼苗叶面喷施浓度为 1 mmol·L- 1的 Spd(Sig鄄
ma)溶液,另一半喷施去离子水作为对照. 每天
17:00进行叶面喷施处理,以叶面全部湿润为度. 试
验共设 4 个处理:常温对照(T1)、常温+Spd处理(T1
+Spd)、高温处理(T2)和高温+Spd 处理(T2 +Spd).
高温及外源 Spd处理 3 d后,取样测定各项指标,试
验重复 3 次.
1郾 2摇 测定项目与方法
1郾 2郾 1 幼苗生长指标的测定摇 植株株高(茎基部到
生长点)用直尺测量,茎粗用游标卡尺测量.鲜样用
自来水冲洗 2 次,再用去离子水冲洗 2 次,用吸水纸
吸干后称鲜质量,105 益杀青 15 min,75 益烘干至恒
量,称干质量. 采用叶面积 /根系扫描仪(Epson Ex鄄
pression 1680)对黄瓜植株第 3、4 片叶进行叶面积扫
描,测定叶面积.
1郾 2郾 2 质膜过氧化测定摇 参照Gong等[14]的方法测定
相对电导率;参照 Hodges 等[15]的方法测定丙二醛
(MDA)含量.脂氧合酶(Lipoxygenase, LOX)活性的
测定参照 Axelrod等[16]的方法,采用 3 mL反应体系:
2郾 925 mL 柠檬酸鄄磷酸缓冲液(0郾 1 mol·L-1, pH
6郾 0)+ 25 滋L亚油酸(1 mol·L-1)+50 滋L粗酶液.加
酶液后 15 s开始计时,于 234 nm 处记录 1 min 内吸
光值的变化,酶活性以吟OD23 4·g-1·min-1表示.
1郾 2郾 3 质膜与液泡膜微囊的制备及 H+ 鄄ATPase、焦磷
酸酶(H+ 鄄PPase)活性的测定 摇 叶片质膜和液泡膜
微囊的制备参照汪天等[17]的方法进行.不连续的蔗
糖梯度[含蔗糖 45% 、36%和 22% (W / V)],高浓度
在下,低浓度在上,经高速离心 2 h 后,取 22% 和
36%间带溶液为液泡膜微囊,取 36%和 45%间带溶
液为质膜微囊. 膜蛋白含量的检测采用 Bradford[18]
的方法进行. 质膜和液泡膜 H+ 鄄ATPase 及液泡膜
H+ 鄄PPase活性参照 Blumwald 等[19]和 Apse 等[20]的
方法,测定释放的无机磷量,酶活性以 滋mol Pi·
mg-1protein·h-1表示.
1郾 2郾 4 RNA 的提取与 RT鄄PCR 分析 摇 采用 TIAN鄄
GEN RNA simple Total RNA Kit(Code No郾 DP419)
提取黄瓜叶片总 RNA,严格按照试剂盒说明书操
作.以 Oligod T 为引物,以提取的黄瓜叶片总 RNA
为模板,经反转录合成 cDNA. 利用半定量 RT鄄PCR
方法分析质子泵相关基因 CsHA(质膜 H+ 鄄ATPase)、
CsVHA鄄A(液泡膜 H+ 鄄ATPase亚基 A)和 CsVHA鄄c(液
泡膜 H+ 鄄ATPase 亚基 c)的表达丰度,肌动蛋白(Ac鄄
tin)为内参.以黄瓜叶片反转录 cDNA 为模板,采用
以下基因的特异引物,扩增得到对应的片段产物,引
物设计见表 1. 采用 1%琼脂糖凝胶电泳检测 PCR
反应产物,溴化乙锭(EB)显色,利用天能凝胶成像
系统(Tanon GIS鄄2500)拍照,配套分析软件(Gel Im鄄
age System 1D version 4郾 1郾 2)进行条带强度的分析.
1郾 3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel 2003 软件处理数据并作
图,采用 SAS 8郾 2 软件进行方差分析和差异显著性
检验(Duncan法),显著性水平设定为 琢=0郾 05.
352312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 田摇 婧等: 外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片膜脂过氧化及质子泵活性的影响摇 摇 摇 摇
表 1摇 用于 RT鄄PCR目的基因片段的引物
Table 1摇 Primers of targeted genes used for RT鄄PCR
基摇 因
Gene
基因序列号
GeneBank
accession number
产物长度
Product length
(bp)
退火温度
Annealing
temperature (益)
引物对序列
Primer pairs sequence S / As
CsHA AF289025 393 59 S
As
5爷鄄AAGTTTGTGGGGTTCATGTGGAAT鄄3爷
5爷鄄GTAAGAGGAAGTGACTCTCCAGTC鄄3爷
CsVHA鄄A AY580162 441 58 S
As
5爷ATTCACCATGCTTCAGAGCTGGCC鄄3爷
5爷鄄GCCATCATACTGACATTGTAACCC鄄3爷
CsVHA鄄c EF373537 332 59 S
As
5爷鄄TGCACTCGTCTTCTCCTGTATGGG鄄3爷
5爷鄄CTGCTGTGCATTGGCTCTAACACC鄄3爷
Actin AF171095 290 58 S
As
5爷鄄CCGTTCTGTCCCTCTACGCTAGTG鄄3爷
5爷鄄GGAACTGCTCTTTGCAGTCTCGAG鄄3爷
表 2摇 外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响
Table 2摇 Effects of exogenous Spd application on growth of cucumber seedlings under high temperature stress
处摇 理
Treatment
株摇 高
Plant height
(cm)
茎摇 粗
Stem diameter
(cm)
地上部鲜质量
Shoot fresh mass
(g)
地上部干质量
Shoot dry mass
(g)
第 3 片叶面积
The third leaf area
(cm2)
第 4 片叶面积
The fourth leaf area
(cm2)
T1(CK) 11郾 74依1郾 21b 0郾 61依0郾 05b 9郾 58依1郾 29b 0郾 77依0郾 04bc 70郾 99依13郾 29a 62郾 92依14郾 95b
T1 +Spd 13郾 52依1郾 99a 0郾 67依0郾 04a 12郾 33依1郾 43a 0郾 83依0郾 07a 73郾 08依10郾 34a 77郾 69依11郾 57a
T2 10郾 48依0郾 95c 0郾 56依0郾 05c 7郾 06依1郾 35c 0郾 68依0郾 02c 55郾 69依10郾 40b 47郾 72依11郾 39c
T2 +Spd 12郾 79依1郾 04a 0郾 64依0郾 06ab 9郾 22依1郾 08b 0郾 79依0郾 03b 67郾 61依13郾 62a 72郾 34依12郾 35a
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters in the same column meant significant difference among treatments at 0郾 05 level. 下同
The same below.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗生长的影响
由表 2 可知,高温胁迫 3 d 后黄瓜幼苗的株高、
茎粗和地上部干、鲜质量均显著低于对照,分别比对
照下降了 10郾 7% 、8郾 2% 、11郾 7%和 26郾 3% ;外源 Spd
显著增加了高温胁迫下黄瓜幼苗的生长量,以上各
指标分别较单纯高温处理提高了 22郾 1% 、14郾 3% 、
16郾 2%和 30郾 6% .高温致使黄瓜功能叶面积明显缩
小,第 3、4 片叶的叶面积分别比对照下降了 21郾 5%
和 24郾 1% ;高温胁迫下施用 Spd,第 3、4 片叶的叶面
积分别为单纯高温处理的 1郾 2 和 1郾 5 倍. 可见外源
Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗的生长具有明显促进作
用,可维持较高的株高和较大的叶面积以保持光合
优势,促进生物量积累.
2郾 2摇 外源 Spd 对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质膜透
性、MDA含量和 LOX活性的影响
如图 1 所示,高温胁迫显著提高了黄瓜幼苗叶
片的相对电导率和 MDA 含量,分别比对照升高了
44郾 5%和 59郾 1% ;高温胁迫下施用 Spd,两指标仅比
对照升高了 14郾 1%和 34郾 1% .外源 Spd有效抑制了
高温胁迫下黄瓜叶片的电解质渗漏及过氧化产物的
产生,因而也减轻了此类物质积累造成的二次伤害.
LOX催化含双键及三键不饱和脂肪酸的加氧反应,
生成过氧化氢和游离自由基,活化膜脂的过氧化反
应.从图 1 可以看出,高温胁迫 3 d叶片 LOX活性升
高了 15% ,但与对照差异不显著;外源 Spd 处理显
著降低了高温胁迫下黄瓜幼苗叶片的 LOX活性,降
幅达 33郾 4% . 可见,高温胁迫下外源 Spd 能有效降
低膜脂过氧化伤害,维持其稳定性.
2郾 3摇 外源 Spd 对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质子泵
活性的影响
由表 3 可知,高温胁迫处理 3 d,黄瓜幼苗质膜
蛋白含量显著降低,而液泡膜蛋白含量显著升高;外
源喷施 Spd,质膜和液泡膜蛋白含量均略有升高,但
差异不显著.高温胁迫对质膜和液泡膜蛋白含量的
影响非常剧烈,而外源 Spd 对质膜和液泡膜蛋白含
量的影响相对较小.
高温胁迫 3 d,黄瓜幼苗叶片质膜 H+ 鄄ATPase活
性与对照无明显差异;但无论常温还是高温条件下,
表 3摇 外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质膜和液泡膜
蛋白含量的影响
Table 3 摇 Effects of exogenous Spd application on protein
contents of plasmalemma and tonoplast in leaves of cucum鄄
ber seedlings under high temperature stress
处摇 理
Treatment
质膜蛋白含量
Plasmalemma
protein content
(滋g·g-1FM)
液泡膜蛋白含量
Tonoplast
protein content
(滋g·g-1FM)
T1 23郾 53依0郾 85b 9郾 57依1郾 15b
T1 +Spd 29郾 72依2郾 06a 13郾 99依1郾 07b
T2 16郾 13依0郾 18c 31郾 48依3郾 60a
T2 +Spd 18郾 48依0郾 47c 34郾 55依1郾 68a
4523 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 1摇 外源 Spd 对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片相对电导率、
MDA含量及脂氧合酶活性的影响
Fig. 1摇 Effects of exogenous Spd application on relative conduc鄄
tivity, MDA content and LOX activity in leaves of cucumber
seedlings under high temperature stress.
不同字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different letters meant sig鄄
nificant difference among treatments at 0郾 05 level郾 下同 The same below.
外源 Spd均使质膜 H+ 鄄ATPase 活性显著升高. 高温
处理 3 d,黄瓜幼苗叶片液泡膜 H+ 鄄ATPase 和 H+ 鄄
PPase活性分别比对照提高了 18郾 7%和 80郾 5% ,差
异显著 . 外源Spd进一步促进了液泡膜H+ 鄄ATPase
活性的升高,而高温胁迫下施用 Spd,液泡膜 H+ 鄄
PPase活性反而低于单纯高温处理,但仍显著高于
对照(图 2).
2郾 4摇 外源 Spd 对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质膜质
子泵相关基因表达的影响
由图3可知,高温胁迫降低了黄瓜幼苗质膜
图 2摇 外源 Spd 对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质膜 H+ 鄄ATP
酶、液泡膜 H+ 鄄ATP酶和液泡膜 H+ 鄄PP酶活性的影响
Fig. 2 摇 Effects of exogenous Spd application on activities of
plasmalemma H+ 鄄ATPase, tonoplast H+ 鄄ATPase and tonoplast
H+ 鄄PPase in leaves of cucumber seedlings under high tempera鄄
ture stress.
图 3摇 外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质膜 H+ 鄄ATPase(CsHA)和液泡膜 H+ 鄄ATPase(CsVHA鄄A / c)基因表达的影响
Fig. 3摇 Effects of exogenous Spd application on genes (CsHA, CsVHA鄄A and CsVHA鄄c) expression of plasmalemma and tonoplast H+ 鄄
ATPase in leaves of cucumber seedlings under high temperature stress.
552312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 田摇 婧等: 外源 Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片膜脂过氧化及质子泵活性的影响摇 摇 摇 摇
H+ 鄄ATPase基因 CsHA的表达,外源 Spd 对其表达无
明显影响;液泡膜 H+ 鄄ATPase 亚基 A 基因 CsVHA鄄A
的表达几乎不受高温和外源 Spd 的影响,各处理间
表达非常稳定;高温胁迫对液泡膜 H+ 鄄ATPase 亚基
c基因 CsVHA鄄c 的表达无明显影响,但外源 Spd 会
略降低其表达丰度.
3摇 讨摇 摇 论
生长量是植物对逆境胁迫综合响应的体现.本
研究结果表明,高温胁迫严重影响了黄瓜幼苗的生
长,而外源 Spd缓解了高温胁迫对幼苗生长的抑制.
高温导致植物细胞膜受损,膜脂过氧化程度加剧,电
解质渗漏率增加,活性氧代谢发生变化.耐热品种所
受的伤害通常较轻,植株可通过增加体内抗氧化物
质含量及提高保护酶活性来缓解高温伤害. 高温胁
迫下植物体内生成的活性氧(ROS)可引起不同程度
的氧化胁迫,使叶片脂质过氧化水平增强、MDA 含
量提高;受到热胁迫的植株,既遭受 ROS 造成的氧
化压力,又存在 ROS清除途径及随后氧化损伤调节
的修复和抗氧化应激防御[21] . 本试验中,高温胁迫
下黄瓜幼苗叶片相对电导率、MDA 含量及 LOX 活
性明显升高,而外源 Spd 可有效地抑制膜脂过氧化
反应的发生,有利于植株建立新的脂质平衡.
LOX是一类广泛存在于高等植物体内的催化
酶,反应产物为过氧氢基脂肪酸[22] . LOX 通过氧化
多聚不饱和脂肪酸来破坏细胞膜的完整性及改变膜
的通透性,LOX的活化启动了膜磷脂的水解与过氧
化[23] . LOX代谢途径中产生的超氧阴离子参与了
ACC向乙烯的转化[24],因而 LOX 活性常被用于果
实贮藏和植物组织衰老的测定指标. 膜脂饱和度是
植物高温耐性的一个重要因素,高温下生长的拟南
芥与常温相比,膜内总脂肪含量减少 50% ,不饱和
与饱和脂肪酸的比例减少到 1 / 3[25] .可见将 LOX引
入高温研究具有重要参考价值. Song 等[26]研究表
明,高温胁迫下沙丘芦苇和沼泽芦苇的 LOX活性分
别升高了 8%和 32% ,一氧化氮抑制两种芦苇 LOX
活性升高.
PAs作为一种有效缓解植物逆境胁迫的物质,
在耐盐及抗旱方面作用显著[27],但其与温度胁迫相
关性的研究相对较少.研究表明,外源 Spd可通过防
止微粒体 NADPH氧化酶活性的升高来实现黄瓜的
耐冷性建成[28] . 本研究表明,外源 Spd 在黄瓜幼苗
高温胁迫适应过程中也同样发挥重要作用. PAs 可
以多聚阳离子的状态与膜结构上带负电的磷酸基团
结合,有利于维持膜的稳定性,减少嗜锇体积累、膜
多肽丧失及胞内物质外流[29],同时也可间接地调节
膜结合酶的活性.逆境胁迫导致植物自由基代谢失
调,保护酶活性发生改变,ROS 积累和膜脂过氧化作
用加剧,导致膜损伤. PAs作为质子来源,可部分代替
SOD的作用,直接清除超氧阴离子,从而有效地减轻
膜脂过氧化损伤;此外,外源 PAs 可提高活性氧清除
酶类的活性,降低MDA含量[30] . Spd以带电荷的氨基
和亚氨基与核酸、蛋白质及带电荷的磷脂等相互作
用,稳定类囊体组成并参与膜构建,进而阻止膜脂过
氧化及膜蛋白的水解作用,调节植物生理活性和功
能,提高植物抗逆性[31] .本试验中,外源 Spd 显著降
低了高温胁迫下黄瓜叶片的相对电导率、MDA 含量
和 LOX活性,与以上研究结果相一致.
高温胁迫下,植物体内温度升高,光合与呼吸之
间的平衡被打破,净光合速率和还原力能量生成下
降,线粒体功能受阻,光反应阶段升高的叶温诱导
ATP合成来平衡热胁迫下 ATP 的消耗.这一过程很
可能是通过电子流循环来实现的,但这些反应消耗
大量能量并使 ROS 增加,最终导致细胞凋亡[25] .高
温胁迫下液泡膜蛋白含量显著升高,体现了液泡的
缓冲功能,液泡膜利用其高选择透性使液泡具有高
渗性质,使水分向液泡内运动,对调节细胞渗透压、
维持膨压起重要作用. 潘秋红等[32]研究表明,经高
温锻炼的豌豆叶片质膜 H+ 鄄ATPase 活性大幅度升
高,40 min时达到峰值,之后下降.本试验中,高温处
理 3 d,黄瓜幼苗质膜和液泡膜 H+ 鄄ATPase活性均有
所升高. H+ 鄄ATPase 活性升高所出现和持续的时间
可能与高温胁迫的程度及持续时间、植物种类或品
种的耐热性等因素有关. 外施 Spd 可以明显激活幼
苗叶片质膜 H+ 鄄ATPase,且 Spd 的作用效果似乎并
不依赖温度条件. 汪天等[17]研究黄瓜根系时发现,
液泡膜 H+ 鄄ATPase活性比质膜 H+ 鄄ATPase活性低很
多;本试验表明,黄瓜叶片液泡膜 H+ 鄄ATPase活性约
为质膜 H+ 鄄ATPase 活性的一半,高温胁迫下,外源
Spd促进了液泡膜 H+ 鄄ATPase 活性进一步升高,但
液泡膜 H+ 鄄PPase活性反而低于单纯高温处理.这可
能是由于单纯高温处理下,H+ 鄄PPase 活性的大幅升
高(为对照的 1郾 81 倍)是植物响应高温胁迫的暂时
性过激反应,并不能长时间维持;而高温胁迫下施用
Spd,幼苗受到的整体胁迫程度得到缓和,并不需要
这样的剧烈反应来应对胁迫.
高温胁迫激发黄瓜幼苗质子泵活化,从而提供
更多的能量来应对胁迫条件下的能量失衡与 ATP
6523 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
供应匮乏;而外源 Spd 能在一定程度上促进质子泵
活性,这对于耐热性较差的物种以及更为剧烈的高
温胁迫情况意义重大.但本试验中,编码质膜和液泡
膜质子泵的相关基因 CsHA、CsVHA鄄A 和 CsVHA鄄c 在
mRNA水平上的表达丰度受高温和外源 Spd 的影响
与酶活性受高温和外源 Spd 的影响并不一致.这是
因为从基因表达(mRNA积累)到蛋白表达,除了核酸
的翻译和转录、蛋白的修饰,还存在复杂的网络调控
机制.外源 Spd促进了质子泵活性,却没有促进质子
泵相关基因的表达,说明外源 Spd的促进作用并非发
生在 mRNA转录水平,Spd对质子泵的调节作用可能
主要发生在蛋白质水平,即翻译后的修饰调节.
综上所述,外源 Spd 能有效地降低高温胁迫下
黄瓜幼苗叶片的膜脂过氧化程度,并提高质膜和液
泡膜质子泵活性.高温胁迫加速了分子跨膜运动,生
物膜内分子的化学键被松解,不饱和与饱和脂肪酸
的比例下降,Spd有助于抑制和抵消这种不利影响,
稳定膜的结构和功能,维持光合与呼吸等生理过程
并保证能量供应,从而提高黄瓜幼苗的耐热性.
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作者简介摇 田摇 婧,女,1983 年生,博士研究生.主要从事蔬
菜作物逆境生理生态研究. E鄄mail: tianjing鄄tianjing@ 163.
com
责任编辑摇 张凤丽
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