全 文 ：广 西 植 物 G u ih a i a s( 3 ) :2 5 8一2 7 8. 2 9 5 52 85
低温胁迫对水稻幼苗P P E按化酶的影响
何 洁 刘鸿先
中国科学院华南植物研究所 , 广州 )
搞’ ` 要 水稻幼苗经低温 (。℃ )处理后 , 叶片中 P E P 狡化酶活性明显地降低 . K m值增大 .
经 1一 2 天低温处理者 , 增加反应底物的浓度 , 有减少P E P羚化酶活性降低的幅度 ; 当低温伤害
严重时 ( 。℃ 4 天 ) , 这种效应则消失。 这些结果表明 : 水稻叶片中 P E P 致化酶对低温反应是敏
感的 , 其活性的下降是由子该酶对底物的亲和力的降低 。
关键词 低温胁迫 : 冰稻幼苗 : P E P鞍化酶
引 言
B r a n d u r s k i和 G r e i n e r [ “ ] 2 9 5 3年首先在 C 。植物 ( 菠菜 ) 发现了 P E P竣化酶 ( E C 4 . z 。 z 。
3 1 )
, 近年来 , R a g h a v a n d ar [ 7 1 发现了 C : 植物水稻嫩叶中有明显的 P E P 狡化酶 活 性 。
1 9 8 3年 L a t z k 和 K e n y [ “ 〕在他们的综述中总结了C 3植物 P E P狡化酶的多种功能。 其中最重
要的功能是 P E P 梭化酶对三致酸循环的运转起重要的调节作用 , 尤其在低温逆境下 1 3 1 。 然
而 , 目前在这方面的研究不多 I ” ’ ` ’ 5 ] , 有关水稻的报道更为少见 。 本文则以水稻幼苗 为 材
料 , 探讨在低温处理后 P E P 叛化酶 活性 , K m ( P E P ) 值的变化 , 试图阐明在低温胁迫下 ,
植物代谢的不平衡与此酶变化的关系 。
材 料 和 方 法
植物材料 水稻 (O yr 加 犯行 v今 L . ) 品种 I R Z 。 经浸种出芽后播于蛙石上 , 置于培养室
中 ( 温度 28 ℃ 、 光照 5四o L ` ) 培养二周 , 移至低温 ( 0 ℃ ) 进行处理 , 并以 28 ℃ 处 理 为 对
照 。 全部试验均取完全展开的叶片用于分析 。
酶液制备 : 将 5 克叶片剪碎后 , 加 1 : 2 倍 w 八的提取介质 ( T r i s 一 H : 5 0 ` 0 . 1 m ol / L,
琉基乙醇 7 m m ol / L , E D T A l m m ol / L , p H 8 . 0 ) , 迅速捣碎 。 匀浆用四层纱布过滤 。 滤
液在 1 1 。。0 x g下离心 2 0分钟 , _巨清液为粗酶液 。 以上操作在。一 4 ℃下进行 。
醉活性浦定 P E P梭化酶活性测定反应 系统总体积为 3 m l , 其中含有 0 . 1 m ol / L T r i卜
H
:
S O 4 PH 9
.
2缓冲液 1 m l , M g C I : 1 0 n m o l / L , N a H C O 3 1 0 n m o l / L , P E P O。 2
m m ol 压厂N A D H 0 . 3 雌 , 过量的苹果酸脱氢酶 , 粗酶液 1 0 u l 。 反应从加入 P E P 开始 ,
测定 3 4 o n m光吸收 , 以△ O D 二 。 . 01 作为一个酶单位 , 酶活性以单位 /m g蛋白质 / m in 表示 。
蛋 白质浦定 同前文 ( 刘鸿先等 1 9 8 5 ) I ’ 1
试 验 结 果
经低温 ( 0 ℃ ) 处理后 , 水稻幼苗叶片 P E P 梭化酶活性有显著 的 降低 ( 图 1 ) 。 第一
天为对照的86 % , 第二天为 63 % , 第三天为 37 % , 第四天降到 26 % 。 然而 , 对照水稻则无明
广 西 植 物 8卷
ǎ月日瞩姐翻切\妞哥 )坦触谧汾戮山闰 d
显的变化 。 可 见P EP致化酶对低温是敏感 的 ,
低温胁迫下 , 它的变化是明显的 。
根据 M i e h a e l i s 一 M e n t e n 双倒数作图 ( 即
L i n e w e a v e r B u r R e 作图 ) 表明 ( 图 2 ) : 对
照水稻 P E P 梭化酶的表 观 K m 值 为 0 . 12
m m ol / L
,而 o ℃处理一天后 P E P 表观 K m 值
增大为 0 。 1 5 tn m o l / L 。
0 ℃低温处理一天后 , P E P 狡 化 酶 的表
观 K m 增大 。 因此 , 我们采用两种 P E P 浓度
来测定低温处理后 P E P 狡 化酶活性的变化 。
结果表明 (图 3 ) : 当把底物浓度从 0 。 Z m m ol / L
提高到 0 。 4 m m ol / L 时 , 低温处理第一 、 二 、
三天的 P E P 狡化酶活性降低 的 幅 度 有 所 减
少 。 然而 , 到了低温处理的第四夭时 , 这种增
袱 绷目倪倪 》
图 1 低温 ( O ℃ )处理期P E P淡化酶活性的变化
( P E P浓度为0 . 2 nt m o l / L )
加 P E P 浓度的效应则消失 。
/
讨 论
本试验结果说明 : 水稻幼苗经 低 温 处 理
后 , 叶片中对三竣酸循环运转起调 节 作 用 的
P E P 梭化酶的活性明显降低 。 本试验还表明 ,
在未产生严重伤害之前 ( 第一 、 二 、 三天 ) ,
宾一 , 甲氰念
10吸 , 、 .图 2 1 P E P狡化酶的 L i n e w e a v e r一 B u r R e图
通过提高底物 ( P E P ) 浓度可提高低温处理过
的水稻叶片中 P E P竣化酶 的活性 。 当伤害严重
时 ( 第四天 , P E P 竣化酶活性下降到 26 % ) ,
P E P狡化酶则对底物浓度无明显的反应 。 P E P
致化酶在低温胁迫下对 P E P的反应及表观 K m
值的增加均说明 : 水稻叶片 中P E P 叛化酶对低
温反应敏感 , 活性 的下降是由于此 酶 对 基 质
( P E P ) 的亲和力的降低 。
M a s t u s o 等 I “ l 指出 : 植物体内 P E P 叛化
酶对低温的敏感性可能与植物的抗冷性有关。
G r a h
a m [ 3 ]提出一些热带 C 3植物在 1 . 3一 3 8 . 5
专 的温度范围 , P E P叛化酶的 V , ax 的 A r r b-
\ 、 、 、碑
护. , 令 ·
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图 3 低温 ( O℃ )处理后 , 增加 P E P浓度
( m o l/ L )对 P E P珍化酶活性的影响
3期 何洁等 :低温胁迫对水稻幼苗 PE P数化酶的影响 7 2 8
e n
ui
s 图在 1 0℃有一个折点 。 而起源于温带或高山地区的同一植物 , 在 1 。 3一 3 8 。 5 ℃的温度范
围 , P E P 梭化酶的 v m 。二 的 A r r h e 加 s 图是直线的 。 我们发现起源于热带的水稻品种 I R : .
对降温是敏感的 [ ` ] , 本试验发现低温处理后其 P E P 致化酶活性的降低是明显的 , P E P 叛化
酶活性的降低将会引起植物体内代谢的不平衡 。 因为作为合成途径 , T C A 循环的运转取 决
于 C 4酸的不断供应 , 而 C `酸主要是由 P E P叛化酶产生的 。
本文是 中国科学院基金资助 项 目的组成部分
参 考 文 献
[ 1 ] 刘鸿先等 , 19 5 5 : 植物生理学报 1 2 ( 1 ) : 4 5一5 7 0
〔 2 ] B a n d u r a k i R . S . a n d G r e i n e r C . M . , 1 9 5 3 : J . B i o l . C h e m . , 20 4 , 7 8 1一 75 6 .
[ 3 ] G r a h a m D
.
e t a l
. ,
2 97 9
: I n L y o n s J
.
M
.
e t a l
.
( e d s
.
)
,
L o w T e m P e r a t u r e S t r e s s i n
C r o p P l a n t
,
P
.
4 5 3一4 6 1 , A e a d e m i e P r e s s , N e w Y o r k .
[ 4 ] G r a h a m D
. , e t a J
. ,
1 , 5 3: R e p o r t o f r e s e a r e h i n
.
A D i v i s i o n o f F o o d R e s e a r e h o f
C S I R O
,
A u s t r a l i a
.
P
,
4 7一4 8 ,
[ 5 ] L a t z k o
,
E
.
a n d K e l l y G
.
J
. ,
19 5 3
: P h y s i o l
.
V e g
. ,
2 1 ( 5 )
: 5 0 5一 5 1 5 .
[ 6 ] M a t冬u o T . e t a l . , 1 9 5 5 : A u s t r a l i a s o e i e t y o f P l a n t p五y s i o l o g i s t . T w e o t y F o u r t h
G
e n e r a l M e e t i n g
.
P
.
16
.
[ 7 〕 R a g h a v e n d r a A , 5 . , 19 7 7 : N e w P h y t o l , 7 9 : 5 9一9 4 .
H e J i e a n d L i u H o n g
一 x i a n
( S o u t h C h全n a I n s t i t u t e o f B o t a n y , G u a n g z h o u )
.
A bs t r a e t A f t e r e h i l l i n g t r e a t m e n t ( 0℃ ) , t h e d e e r e a s e o f P E P 一 e a r b o x y l a s e a e t i v i t y
i n r i e e l e a v e s w a s o b v i o u s w i t h t h e i n e r e a s e d K m v a l u e
.
T h e p o s t p o n e m e n t o f t h e d i P
i n p E p
一 e a r b o x y l a s e a c t i v i t y f o l l o w e d b y t h e l i f t i n t h e s u b s t r a t e c o n c e n t r a t i o o a f t e r
z一 2 d a y s e h i l l i n g t r e a t m e n t , b u t n o p o s t p o n e m e n t a f t e r 4 d a y s e h i l l i n g t r e a t m e n t
w e r e f o u n d
.
T h e o e r e s u l t s s h o w e d t h a t P E P 一 e a r b o x y l a s e i n r i e e l e a v e s w a : s e n s i t i丫 e
t o e h i l l i n g d u e t o t h e d e e r e a s e i n a f f i n i t y o f t h e e n z y m e t o t h e s u b s t r a t e
.
Ke y w o r d , C h i l l i n g s t r e s s ; R i e e s e e d l i n g ; P E P
一 e a r b o x y l a s e