全 文 ：酌鄄氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺代谢的影响*
范龙泉摇 杨丽文摇 高洪波**摇 吴晓蕾摇 夏庆平摇 宫彬彬
(河北农业大学园艺学院, 河北保定 071000)
摘摇 要摇 以‘西域一号爷甜瓜为试验材料,采用营养液水培法,研究了低氧胁迫下外源添加 酌鄄
氨基丁酸(GABA)对甜瓜幼苗多胺代谢的影响.结果表明:与通气对照相比,低氧胁迫处理的
甜瓜幼苗谷氨酸脱羧酶(GAD)活性和 GABA含量显著提高,同时多胺合成酶活性提高诱导多
胺含量显著增加,但二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性也显著提高;根系精氨酸脱
羧酶(ADC)活性提高幅度较大,导致根系游离态腐胺含量较高,而叶片鸟氨酸脱羧酶(ODC)
和 S鄄腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)活性提高幅度较大,导致叶片游离态亚精胺(Spd)含量较
高;根系游离态 DAO和 PAO活性显著低于叶片,其细胞壁结合态 PAO活性显著高于叶片.与
低氧胁迫处理相比,低氧胁迫下外源添加 GABA处理的甜瓜幼苗叶片和根系中 GABA和谷氨
酸含量均显著提高,而 GAD活性显著降低;精氨酸、鸟氨酸、甲硫氨酸含量的提高促使多胺合
成酶活性显著提高,从而诱导多胺含量显著增加,DAO和 PAO活性显著降低.
关键词摇 低氧胁迫摇 酌鄄氨基丁酸摇 甜瓜摇 多胺代谢
文章编号摇 1001-9332(2012)06-1599-08摇 中图分类号摇 Q945. 78摇 文献标识码摇 A
Effects of exogenous 酌鄄aminobutyric acid on polyamine metabolism of melon seedlings under
hypoxia stress. FAN Long鄄quan, YANG Li鄄wen, GAO Hong鄄bo, WU Xiao鄄lei, XIA Qing鄄ping,
GONG Bin鄄bin ( 1College of Horticulture, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, Hebei,
China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(6): 1599-1606.
Abstract: Taking melon cultivar ‘Xiyu No. 1爷 as test material, a hydroponic experiment was con鄄
ducted to investigate the effects of exogenous 酌鄄aminobutyric acid (GABA) on the seedlings poly鄄
amine metabolism under hypoxia stress. Compared with the control in normoxic treatment, the seed鄄
lings under hypoxia stress had significantly higher glutamic acid decarboxylase (GAD) activity and
GABA content, and their polyamine synthesis enzymes activities all enhanced significantly, which
led to a marked increase of polyamines contents. Meanwhile, the seedlings leaf鄄 and root diamine
oxidase (DAO) and polyamine oxidase (PAO) activities also had a significant increase. The incre鄄
ment of root arginine decarboxylase (ADC) activity was higher, which induced a higher content of
free putrescine (Put) in roots, while the increment of leaf ornithine decarboxylase (ODC) and
S鄄adenosylmethionine decarboxylase (SAMDC) activities were higher, inducing a higher content of
free spermidine (Spd) in leaves. The PBs鄄extractable DAO and PAO activies in roots were signifi鄄
cantly lower than those in leaves, but the cell wall鄄bound PAO activity was in adverse. Under hy鄄
poxia stress, the addition of exogenous GABA increased the leaf鄄 and root GABA and glutamic acid
contents and decreased the GAD activity significantly. The increase of arginine, ornithine, and
methionine contents promoted the activities of polyamines synthesis enzymes, which led to the sig鄄
nificant increase of polyamines contents and the significant decrease of DAO and PAO activities.
Key words: hypoxia stress; 酌鄄aminobutyric acid; melon; polyamine metabolism.
*国家自然科学基金项目(30900994)资助.
**通讯作者. E鄄mail: hongbogao@ hebau. edu. cn
2011鄄12鄄30 收稿,2012鄄03鄄30 接受.
摇 摇 甜瓜(Cucumis melo)为典型的低氧敏感性植
物,经常由于土壤紧实、灌水过多、无土栽培中营养
液溶氧浓度低和根垫形成等原因造成根际供氧不
足,导致产量和品质下降,现已成为制约甜瓜生产大
规模发展的决定性障碍因素[1] . 低氧胁迫下,甜瓜
根系呼吸链电子传递最终受体 O2缺乏,导致细胞
ATP合成显著受抑,而多胺含量的提高以及代谢途
径的改变对增强甜瓜耐低氧能力具有明显的作
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 6 月摇 第 23 卷摇 第 6 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
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2012,23(6): 1599-1606
用[2] .有研究表明,低氧胁迫下,植物体内多胺含量
的提高可以抑制细胞质酸化,提高细胞膜保护系统
对活性氧自由基的清除能力,稳定细胞膜以及核酸、
蛋白质等大分子物质的结构,减轻低氧胁迫对植物
的伤害[3] .
酌鄄氨基丁酸( 酌鄄aminobutyric acid,GABA)为自
由态四碳非蛋白质氨基酸,是一种天然活性成分,广
泛存在于植物体内,在调控植物体氮素代谢过程中
具有重要作用[4] . GABA 可由谷氨酸脱羧反应或多
胺降解反应合成,逆境胁迫下其含量可增加几倍至
几十倍;GABA可通过调节细胞质 pH、作为三羧酸
循环支路和临时氮库等生理过程,增强植株的抗逆
性[5] .有研究表明,外源添加 GABA 可被甜瓜根系
直接吸收,通过参与活性氧代谢[6]、光合作用[7]等
生理过程,缓解低氧胁迫对甜瓜植株的伤害.
GABA与多胺代谢存在密切联系.有研究表明,
多胺降解的中间产物(吡咯啉)在吡咯啉脱氢酶催
化下可转化生成 GABA[4];GABA 处理下,大豆叶片
的腐胺、亚精胺和精胺含量分别提高 12、1郾 4 和 2
倍[8],说明 GABA可能通过调节多胺含量影响植物
生长发育.目前,关于 GABA 如何参与植物多胺合
成、多胺氧化等多胺代谢途径仍不清楚.本文通过外
源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗叶片和根的多胺
含量以及多胺合成与氧化代谢的影响研究,探讨
GABA增强甜瓜耐低氧性的生理调节机制,为通过
外源施用 GABA 和遗传改良等方法提高植物耐低
氧性提供理论依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料及设计
试验于 2010 年 3—9 月在河北农业大学智能温
室中进行.供试甜瓜品种为“西域一号冶,由新疆西
域种子公司提供.甜瓜种子消毒后催芽,选取发芽整
齐的种子播于装有石英砂的塑料盆中育苗,温室昼
温 27 ~ 30 益,夜温 16 ~ 18 益 .子叶展开后浇灌 1 / 2
倍 Hoagland 营养液. 待幼苗长至三叶一心时,选取
长势一致的健壮幼苗定植于装有 1 倍 Hoagland 营
养液的水槽中,用气泵正常通气.幼苗长至四叶一心
时,将植株分成 4 组,每组 20 株,定植于装有 18 L
Hoagland营养液的塑料盆(0郾 6 m伊0郾 4 m)中进行处
理. 1)对照(CK):用气泵正常通气 30 min·h-1,维
持营养液溶氧浓度(DO)为 8郾 0 mg·L-1;2)外源添
加 GABA处理(GABA):用气泵正常通气,在营养液
中添加 5 mmol·L-1 GABA;3)低氧胁迫处理(Hy鄄
poxia):用气泵通 N2,采用在线溶氧分析仪( Pisco
DO500 型,德国)控制营养液 DO 值为 (2 依 0郾 2 )
mg·L-1;4)低氧胁迫下外源添加 GABA 处理(Hy鄄
poxia+ GABA):在低氧胁迫的营养液中添加 5
mmol·L-1GABA. GABA 均为处理当天一次性加入.
预备试验发现,处理后第 4天为甜瓜幼苗生理代谢的
临界期,因此本试验选取第 4天幼苗真叶和根系中部
进行氨基酸和多胺含量以及谷氨酸脱羧酶(GAD)、多
胺合成酶和氧化酶活性的测定,3次重复.
1郾 2摇 测定项目及方法
1郾 2郾 1 GABA和氨基酸含量测定 摇 GABA、谷氨酸、
精氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸的含量采用 2,4鄄二硝基
氟苯(FDNB)柱前衍生 HPLC 法测定[9],并加以改
进.取 1郾 0 g 幼苗叶片和根系,置于 10 mL 安培瓶
中,加入 2 mL 6 mol·L-1HCl后 105 益下水解 24 h.
用 2 mol·L-1NaOH中和至 pH 7郾 0,上清液用 FDNB
柱前衍生,0郾 45 滋m微孔膜过滤后用 Agilent 1100 型
高效液相色谱仪(带 Agilent 化学工作站、DAD 检测
器和自动进样器,美国 Agilent公司)进行分离测定.
色谱条件:Hypersil ODS鄄C18柱(250 mm伊4郾 6 mm, 5
滋m);流动相 A:0郾 05 mol·L-1乙酸钠缓冲溶液(pH
6郾 5,含 10 mL·L-1N,N鄄二甲基酰胺);流动相 B:乙
腈(色谱级,美国 Fisher 公司)与重蒸水 1 颐 1(V 颐
V)的混合液,流速 1郾 0 mL·min-1,检测波长 360
nm,柱温 40 益,进样量 20 滋L.鸟氨酸含量采用异硫
氰酸苯酯(PITC)柱前衍生 HPLC法测定[10] .氨基酸
混合标准品为美国 Agilent公司提供.
1郾 2郾 2 谷氨酸脱羧酶活性测定摇 采用 GABA 比色定
量法测定谷氨酸脱羧酶(GAD)活性[11],以每 30 min
生成 1 滋mol GABA作为一个酶活力单位.
1郾 2郾 3 多胺合成酶活性测定 摇 参照赵福庚和刘有
良[12]的方法测定多胺合成酶活性,并加以改进. 取
1郾 0 g幼苗叶片和根系,加入 3 mL预冷的提取液,研
磨后 4 益下 12000伊g离心 15 min,上清液用硫酸铵
沉淀,离心后沉淀溶于 10 mmol·L-1磷酸缓冲液
(pH 6郾 3),4 益透析过夜,再加入 2 倍体积的预冷丙
酮,沉淀溶于磷酸缓冲液中(pH 6郾 3),4 益透析过夜
后 15000伊g离心 15 min,上清液用于酶活性测定.取
0郾 3 mL上清液,加入 1 mL 反应液,于 37 益水浴 2
min,加入 0郾 2 mL 25 mmol·L-1底物. 其中,精氨酸
脱羧酶(ADC)活性测定时加 L鄄精氨酸,鸟氨酸脱羧
酶(ODC)活性测定时加 L鄄鸟氨酸,S鄄腺苷甲硫氨酸
脱羧酶(SAMDC)活性测定时加 S鄄腺苷甲硫氨酸,调
pH至 7郾 5. 37 益下反应 60 min 后,进行苯甲酰化,
0061 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 23 卷
测定 254 nm处的 OD值.酶活性以每 g 鲜质量样品
提取的酶液在单位时间内催化底物生成的产物的量
计算,酶活性单位用 nmol·g-1·h-1表示.
1郾 2郾 4 多胺含量测定 参照 Shen 等[13]的方法提取游
离态、结合态和束缚态的腐胺(Put)、亚精胺(Spd)
和精胺(Spm),并加以改进.分别称取 1郾 0 g 幼苗的
叶片和根系,加入 3郾 2 mL预冷的 5% (M / V)高氯酸
(PCA)研磨,冰浴 1 h后,于 4 益下 14000伊g离心 30
min,等分上清液.其中一部分上清液直接甲酰化,提
取游离态多胺;另一部分上清液和全部沉淀分别装
入安培瓶内,分别提取高氯酸可溶性多胺和高氯酸
不溶性多胺.用美国 Waters 公司生产的高效液相色
谱仪(1525 型高效液相高压输液泵,2487 型 UV 检
测器)检测峰面积,以 64%甲醇为流动相,Kromasil
反相 C18 柱(4郾 6 mm伊150 mm),检测波长 254 nm,
柱温 25 益,流速 0郾 5 mL·min-1 . Put、Spd、Spm标样
由美国 Sigma公司提供. 结合态多胺含量等于高氯
酸可溶性多胺含量减去游离态多胺含量,束缚态多
胺含量等于高氯酸不溶性多胺含量.
1郾 2郾 5 二胺氧化酶和多胺氧化酶活性测定摇 游离态
二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性的测
定参照汪天等[14]的方法,以 0郾 001吟OD550·min-1为
一个酶活性单位(U),酶活性以 U·g-1FM表示.
细胞壁结合态 DAO 和 PAO 活性的测定:参照
赵旌胜和王隆华[15]的方法,分离叶片和根系的细胞
壁组织,加入 1郾 0 mL PBS(0郾 1 mo1·L-1,pH 6郾 5)、
0郾 2 mL显色液(用 0郾 1 mo1·L-1、pH 6郾 5 的 PBS 配
制,100 mL显色液中含 25 滋L N,N鄄二甲基苯胺和
10 mg 氨基氨替吡啉)、0郾 1 mL 辣根过氧化物酶
(250 U·mL-1),再加入 15 滋L Put(20 mmol·L-1)
启动 DAO反应,加入 Spd(20 mmol·L-1)和 Spm(20
mmol·L-1)混合标准溶液启动 PAO反应.混合反应
液置于 25 益室温中反应 30 min 后,测定 550 nm处
的 OD值,以 0郾 001吟OD550·min-1为一个酶活性单
位(U),酶活性以 U·g-1FM表示.
1郾 3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel和 SAS 8郾 1 软件进行数据
统计分析和作图,采用 Duncan法进行多重比较(琢=
0郾 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗 GABA、谷
氨酸含量以及 GAD活性的影响
由图 1 可以看出,与对照相比,正常通气条件下
图 1摇 外源添加 GABA 对低氧胁迫下甜瓜幼苗 GABA 和谷
氨酸含量以及 GAD活性的影响
Fig. 1摇 Effects of exogenous GABA on GABA and glutamic acid
contents and GAD activity in melon seedlings under hypoxia
stress郾
A: 叶片 Leaves; B: 根系 Roots郾 玉:GABA; 域: Hypoxia; 芋: Hypoxia
+GABA郾 不同小写字母表示处理间差异显著( P < 0郾 05) Different
small letters meant significant difference among treatments at 0郾 05 level郾
下同 The same below郾
外源添加 GABA 处理的幼苗叶片和根系中 GABA
和谷氨酸含量均显著升高,而 GAD 活性显著降低.
低氧胁迫下甜瓜幼苗叶片和根系中 GABA 含量和
GAD活性显著高于对照,而谷氨酸含量则显著低于
对照;低氧胁迫下,外源添加 GABA 处理的甜瓜幼
苗叶片和根系中 GABA 和谷氨酸含量均显著升高,
而 GAD活性显著降低.表明外源添加的 GABA可被
甜瓜幼苗直接吸收,通过反馈抑制 GAD 酶活性,维
持体内较高的谷氨酸含量.
2郾 2摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗氨基酸含
量的影响
由图 2 可以看出,在正常通气条件下,外源添加
GABA处理的甜瓜幼苗叶片和根系中精氨酸、鸟氨
酸、和甲硫氨酸含量与对照相比均显著升高,而叶片
10616 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 范龙泉等: 酌鄄氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺代谢的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗氨基酸含量的影
响
Fig. 2摇 Effects of exogenous GABA on amino acid contents in
melon seedlings under hypoxia stress郾
和根系中脯氨酸含量与对照差异不显著;低氧胁迫
下,甜瓜幼苗叶片和根系中精氨酸、鸟氨酸、甲硫氨
酸含量均显著低于对照,而脯氨酸含量与对照差异
不显著;与低氧胁迫相比,低氧胁迫下外源添加 GA鄄
BA处理显著提高了幼苗叶片和根系中精氨酸、鸟氨
酸、甲硫氨酸含量以及根系脯氨酸含量.
2郾 3摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺合成
酶活性的影响
由图 3 可以看出,低氧胁迫处理下,甜瓜幼苗叶
片和根系中 ADC、ODC 和 SAMDC 的活性均显著升
高,其中,叶片 ODC 和 SAMDC 活性提高幅度较大,
分别为对照的 3郾 7 和 5郾 3 倍,而根系中 ADC 活性要
远远高于其他两种酶.与低氧胁迫处理相比,低氧胁
迫下外源添加 GABA 显著提高了幼苗叶片 ADC、
ODC和 SAMDC 活性和幼苗根系 ADC、ODC 活性,
而根系 SAMDC 活性无显著变化. 在正常通气条件
下,外源添加 GABA 处理的幼苗叶片和根系中
ADC、ODC和 SAMDC活性均显著高于对照.
2郾 4摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺含量
的影响
2郾 4郾 1 游离态多胺含量 摇 由图 4 可以看出,外源添
加 GABA处理和低氧胁迫处理的幼苗叶片和根系
游离态 Put、Spd和 Spm 均显著高于对照,而且低氧
胁迫处理的幼苗叶片和根系游离态多胺含量显著高
于外源添加GABA处理 . 与低氧胁迫处理相比,低
图 3摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺合成酶活性
的影响
Fig. 3摇 Effects of exogenous GABA on polyamine synthesis en鄄
zyme activities in melon seedlings under hypoxia stress郾
氧胁迫下外源添加 GABA 处理显著提高了幼苗叶
片和根系游离态 Put、Spd 和 Spm 含量,其叶片游离
态 Put、Spd和 Spm含量分别提高 26郾 5% 、63郾 7%和
13郾 8% ,根系游离态 Put、Spd 和 Spm 含量分别提高
28郾 0% 、34郾 3%和 72郾 0% .
2郾 4郾 2 结合态多胺含量 摇 低氧胁迫处理下,幼苗叶
片和根系的结合态 Put、Spd、Spm 含量显著高于对
照.与低氧胁迫处理相比,在低氧胁迫下,外源添加
GABA均显著提高了幼苗叶片和根系的结合态多胺
含量,而且其叶片结合态 Spd 含量比低氧胁迫处理
提高 72郾 3% ,根系结合态 Put 含量比低氧胁迫处理
提高 61郾 6% .
2郾 4郾 3 束缚态多胺含量 摇 与对照相比,外源添加
GABA处理和低氧胁迫处理的幼苗叶片和根系束缚
态 Put、Spd、Spm含量均显著升高.低氧胁迫下,外源
添加 GABA处理的幼苗叶片束缚态 Put、Spd、Spm比
低氧胁迫处理分别提高 105郾 0% 、19郾 1% 、42郾 6% ,
根系束缚态 Put、Spd、Spm比低氧胁迫处理分别提高
26郾 7% 、35郾 3% 、35郾 5% .
2郾 5摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺氧化
酶活性的影响
2郾 5郾 1 游离态 DAO和 PAO活性摇 由图 5 可以看出,
低氧胁迫处理的甜瓜幼苗叶片和根系中游离态
DAO和 PAO活性均显著高于对照. 与对照相比,外
源添加GABA处理降低了幼苗叶片和根系中游离
2061 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 23 卷
图 4摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺含量的影响
Fig. 4摇 Effects of exogenous GABA on polyamine contents in melon seedlings under hypoxia stress郾
图 5摇 外源 GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺氧化酶活性的影响
Fig. 5摇 Effects of exogenous GABA on polyamine oxidase enzyme activities in melon seedlings under hypoxia stress郾
态 DAO和 PAO活性,但降幅较小.与低氧胁迫处理
相比,低氧胁迫下外源添加 GABA 显著降低了幼苗
叶片和根系中游离态 DAO和 PAO活性.其中,叶片
DAO和 PAO 活性的降幅分别为 27郾 2%和 25郾 9% ,
30616 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 范龙泉等: 酌鄄氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺代谢的影响摇 摇 摇 摇 摇
根系 DAO 和 PAO 活性的降幅分别为 14郾 6% 和
24郾 8% .
2郾 5郾 2 细胞壁结合态 DAO 和 PAO 活性 摇 4 种处理
下,甜瓜幼苗叶片细胞壁结合态 DAO 活性高于
PAO,而根系细胞壁结合态 DAO 活性低于 PAO. 与
对照相比,低氧胁迫处理的幼苗叶片和根系细胞壁
结合态 DAO 和 PAO 活性均显著升高;外源添加
GABA 处理降低了幼苗叶片和根系细胞壁结合态
DAO和 PAO活性.低氧胁迫下,外源添加 GABA 处
理的幼苗叶片 DAO和 PAO活性比低氧胁迫处理分
别降低 24郾 2%和 31郾 6% ,根系 DAO 和 PAO 活性比
低氧胁迫处理分别降低 20郾 7%和 29郾 9% (图 5).
3摇 讨摇 摇 论
低氧胁迫造成电子传递链的最终受体 O2缺乏,
细胞内能荷水平降低,导致植物体氮代谢途径发生
改变[16] . 酌鄄氨基丁酸(GABA)作为植物细胞游离氨
基酸库的一种重要组成成分,逆境胁迫下植物体内
有两条 GABA合成和转化途径:一条是由谷氨酸通
过 GAD催化合成,此过程可以通过消耗质子缓解细
胞质的酸化程度,从而减轻低氧胁迫对植株的伤害,
而且积累的 GABA 可以在 TCA 循环中起回补反应
的作用[17];另一条由多胺降解的中间产物转化而
来[18],因此 GABA与多胺代谢的关系极为密切. 但
是除了生成 GABA外,谷氨酸也可在酶的作用下生
成精氨酸、鸟氨酸和甲硫氨酸,为多胺合成提供底
物,还可在酶的作用下生成脯氨酸. 本研究中,低氧
胁迫下甜瓜幼苗体内 GAD酶活性提高,导致大量谷
氨酸向 GABA 转化,而向精氨酸、鸟氨酸和甲硫氨
酸的合成减少;低氧胁迫下,外源添加 GABA 可被
甜瓜幼苗根系吸收并转移至叶片中,通过抑制 GAD
酶活性,诱导谷氨酸向多胺合成底物(精氨酸、鸟氨
酸和甲硫氨酸)转化,表明外源 GABA 可通过对多
胺合成底物的调控提高甜瓜抗低氧能力.
多胺作为一类具有生物活性的物质,主要包括
腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)等,其中 Put
的合成途径有两条:一是精氨酸在 ADC作用下直接
脱羧形成 Put;二是精氨酸先脱去一分子脲生成鸟
氨酸(Orn),然后经鸟氨酸脱羧酶(ODC)催化形成
Put,Put 再经连续地加氨丙基,生成 Spd 和 Spm,而
氨丙基是由 S鄄腺苷蛋氨酸脱羧酶(SAMDC)催化 S鄄
腺苷蛋氨酸(SAM)脱羧产生的脱羧 SAM 而来[19] .
但是不同逆境、不同植物品种对多胺合成酶活性的
影响不同.汪耀富和张瑞霞[20]研究发现,渗透胁迫
下,烤烟叶片中 Put 含量与其精氨酸脱羧酶(ADC)
活性呈显著正相关,而 ODC 活性没有明显变化;张
志新等[21]研究认为,ADC 和 ODC 共同调控水分胁
迫下番茄幼苗叶片和根系 Put 的合成代谢;Groppa
等[22]研究表明,1 mmol·L-1Cd胁迫下 ADC和 ODC
活性均显著提高,而 1 mmol·L-1Cu胁迫下,ADC活
性显著提高,ODC活性变化不大;Duan 等[23]研究发
现,盐胁迫导致黄瓜根系 ADC、ODC和 SAMDC活性
均显著升高,而且品种抗性越强活性升高越明显.本
研究中,低氧胁迫下,甜瓜幼苗根系和叶片中 ADC、
ODC和 SAMDC 活性均显著提高,其中,叶片 ODC
和 SAMDC活性提高幅度较大,而在根系中的 ADC
活性要远远高于其他两种酶,同时,叶片游离态 Spd
含量较高,而根系游离态 Put 含量较高. 这表明
ADC、ODC 和 SAMDC 共同调控低氧胁迫下甜瓜体
内多胺的合成代谢,但根系和叶片中多胺的主要合
成途径存在差异.
当植物受到逆境胁迫时,体内多胺浓度会迅速
发生变化,并且不同种类、不同状态的多胺可以相互
转化.这些变化对增强植物耐性起着重要作用,但是
不同逆境胁迫下多胺含量的变化存在较大差异. 段
九菊等[24]研究发现,盐胁迫下,抗盐性较强的黄瓜
品种根系游离态 Spd和 Spm 含量显著增加,而抗盐
性较弱的品种根系游离态 Put 显著积累;Shen 等[13]
研究表明,低温胁迫下,耐冷黄瓜品种叶中 Spd 和
Put含量显著增加,Spm 含量增幅较小;而冷敏感型
品种叶中的几种多胺含量均不增加.高洪波等[25]研
究发现,低氧胁迫下黄瓜幼苗根系中 3 种不同种类
(Put、Spd、Spm)和形态(游离态、结合态、束缚态)的
多胺含量均高于通气对照. 刘怀攀等[26]研究表明,
玉米幼苗叶片中不同形态的多胺,如游离态亚精胺
和精胺以及结合态和束缚态多胺的升高有利于增强
幼苗的抗渗透性. 本研究中,低氧胁迫下,甜瓜幼苗
叶片和根系中游离态多胺含量最高,其次是结合态,
束缚态多胺含量最低;不同形态多胺含量在叶片中
的大小顺序均为 Spd>Put>Spm,在根系中均为 Put>
Spd>Spm;叶片中不同形态 Spd 和 Spm 含量大于根
系,而不同形态 Put含量小于根系.这表明低氧胁迫
对根系的影响可能较叶片早,大量 Put 首先在根系
中合成,而较低的 SAMDC活性导致 Put在根中大量
积累,叶片中合成的 Put在较高的 SAMDC活性作用
下迅速转化为 Spd 和 Spm,而且游离态多胺均可向
结合态和束缚态多胺转化;外源 GABA 可促进 Put、
Spd和 Spm的合成,并诱导 Put向 Spd和 Spm转化,
4061 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 23 卷
以及游离态向结合态和束缚态转化,从而增强幼苗
对低氧胁迫的耐性.
DAO和 PAO 是催化生物体内 Put 和 Spd+Spm
降解的关键酶[18],因此,DAO和 PAO通过调节细胞
内多胺水平和生成物浓度参与各种植物体对逆境胁
迫的反应.有研究表明,低氧胁迫下黄瓜根系 PAO
活性提高 2郾 45 倍[14];盐胁迫下小麦叶片中 PAO 活
性降低,根系在盐胁迫初期 PAO 活性增加[27];水分
胁迫下,番茄幼苗中 PAO活性显著提高,而且与 Spd
和 Spm的含量变化趋势相似[21] . 本研究中,低氧胁
迫导致甜瓜幼苗叶片和根系中游离态和细胞壁结合
态 DAO、PAO 活性均显著提高,而且根系游离态
DAO、PAO 活性显著低于叶片,而细胞壁结合态
PAO活性显著高于叶片,因此导致根系 Put 的大量
积累,Spd和 Spm降解较快;外源添加 GABA处理显
著降低了低氧胁迫下 DAO 和 PAO 活性. 表明低氧
胁迫加速了甜瓜体内多胺降解,但外源 GABA 通过
反馈抑制 DAO 和 PAO 活性缓解了多胺的降解,使
多胺含量维持在一个相对较高的水平,从而增强了
幼苗的耐低氧性.
4摇 结摇 摇 论
低氧胁迫下,甜瓜幼苗的内源 GABA 含量以及
多胺的合成和分解代谢均显著提高,外源添加 GA鄄
BA可被幼苗根系吸收并转移至叶片中,有效促进了
谷氨酸向精氨酸、鸟氨酸、甲硫氨酸的转化,并通过
促进多胺的合成和转化、抑制多胺的降解,维持体内
较高的多胺含量,从而增强了甜瓜幼苗的耐低氧性.
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作者简介摇 范龙泉,女,1986 年生,硕士研究生. 主要从事设
施园艺植物生理生态与蛋白质组学研 究. E鄄mail:
longquanabc@ 163. com
责任编辑摇 孙摇 菊
6061 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 23 卷