全 文 ：植物生理学报 , A e at 外贝帅人, s似。萝《 a 所。允 a 199 3 , 19 ( 4 ) : 3 79一 38 6
渗透胁迫对高粱根中 K + 累积的刺激作用
贺志理 李锦树 汤章城
(中国科学院上海植物生理研究所 ,上海 2 0 0 0 32 )
提要 本工 作 中发现 , 2 , 4一二峭基酚 ( D NP )
可有效地洗去高粱根 中的 K + , 从而提高 了测
定和比较 K 十 累积童的显示度和准确性 , 渗透
胁迫下 , 高粱根中 K + 的 累积量比对照增加 高
达 6 . 7 倍 ; 同时 , 组织的 H + 分泌明显受到促
进 . 动力学研究表 明 , 经 P E ( ; 胁迫的 高粱根
对 K 十 的 亲和 力 显著增 强 。 对照 : K m ~ 9 . 25
n l n l o l / L
,
F 二 ~ 2 3
.
6 “ m ol g 一 ’ D v v 而 n 一 ’ ; P E G
处理者 : 无。 一 2 7 . 2 5 卿 ol / L , 几 一 1 4 . 7 1 协m o l
g 一 ` Dw m in
一 ’ . 地上部的存在有利于 K 十 的吸
收 。 渗透胁迫所促进的 K + 吸收可被亚胺环 己
酮 (c HM )完全抑制 , 这一结果暗示渗透胁迫
诱导的 K + 吸收的增加依赖于蛋 白质的诱 导
合成 , 本文讨论 了 K 十吸收增强的可能机理 。
体 , 细 胞 可 调 节 其 PH ( P la ck 和 R ose n
1 98 0)
。 因此 , K + 的累积在渗透调节中起着
重要作用 , K + 的吸收 、 运输及功能的研 究
具有重要意义 。
材 料 与 方 法
关键词 : 渗透胁迫 , 高粱根甸鱿石 ,翻二亚胺
环 己酮 , K ` 吸收动力学 , 卜俐泌
细胞内 K + 累积是对渗透胁迫的早期
反应之一 ( H ig g jn s 等 19 87 ) 。 首先 ,在一定
渗透胁迫范围内 , 植物细胞以 K + 为一种主
要的渗透剂单独地或和其他渗透剂一起均
衡外界渗透压和维持 膨压 (S ut he ir an d 等
1 9 8 6
,
E州e i n 19 8 6 , B i n z e l 等 1 9 8 8 ) ; 第
二 ,细胞内 K 十浓度的变化可诱导或有利于
某些与抗渗透胁迫有关的物质的合成和基
因表达 , 如多胺的 吸收和合成 ( M un ot 和
sa
u e r b ie r 1 9 7 3 )
, 少 o u 的表 达 ( H i g i n s 等
29 8 7 )
、 脯氨酸的累积 (汤章城等 r 9 8 4 ) ,从
而提高植物的耐渗透胁迫能力 ;第三 , 细胞
内 K 十浓度的变化带来的离子强度的变化
影响蛋 白质 (酶 ) 的构象 ,从而调节细胞的
功能 (几 l一a川 和 W y n J o n es 1 9 7 9 , H a n d 和
se m e or 1 98 2 ) ; 另外 ,通过 K + / H 十反向运输
高粱 ( &罗夕触切乙 切纯卿 。 eP sr . ) 3 19 7B 种
子 ( 由山西省农业科学院高粱研究所提供 )
用 0 . 2写 H g C 12 灭菌 5 m in ,水冲浸 6 h , 于
28 ℃ 催芽后 ,播于不锈钢网上 ,置人工气候
室 (温度 18 ` C一 25 ℃ ,相对湿度 70 % ,光照
时间 12 h ,光照强度 3 6 0 、 m o l m 一 2 5一 ’ )培
养 。 在 自来 水 中 培 养 Z d 后 , 幼 苗 置
H oa gl a n d 营养液中生长 3 d 。
样品处理 生 长 s d 的幼苗 , 用 N a cl 或
PE G 进行根部处理 ,处理时的 N ac l 和 P E G
( M w 6 0 0 o )浓度 ( w / v )视实验而定 ,在图表
中注明 ,对照为 Hoa ig an d 营养液 。 当观察
e H M 的抑制作用时 , 同时加人 N a C I 、 p EG
溶液或 H oa 以an d 营养液 ( c H M 的最终浓度
为 0 . 1 m m o l / L ) 。 处理时间为 2 4 h 。
根中 K + 的洗除 按 R h o a d s 等 ( 19 7 6 ) 的方
法 ,但由于材料的不同作了下列改进 : 除地
上部对根中 K 十净累积的影响外 ,其它经处
理后的高粱苗先切除地上部 , 其根经 自来
水 、 无离子水 冲洗 3 ~ 4 次后 , 吸干 , 浸入
3 0 m m o l / L 的 o N P 溶液 中 ; 6 0 m i n 后 , 用
无离子水冲洗 4一 5 次 , 吸干 , 置无钾无氮
19 9 2
一
0 9
一 1 7 收到 , 一。 9 3一 0 5一 2 0再修回 。
国家自然科学基金资助项 目。
缩写 B T P : b is 一 t r治 讲 o p a n e ; 优 e D : N , N 一 d i e y e一o h e x y 一
e a r】洲x l i自11id e 。
植 物 生 理 学 报 1 9卷
溶 液 ( N Ca I 2 m mo l/ L , 。 c l: 5 mrn ul / L
,
N aH
Z P o ` 2 m m o l / L
,
M g s o
. 2 m m ol / L
,
p H
6
.
0 )中稳定 3 0 m加 。
根中 K + 的吸收及测定 经去 K 十和稳定后
的根浸入不同 K O 浓度的上述无钾无氮溶
液中 ( 2 5℃ ) ,根与溶液比 ( w / w )约 1八 0 0 。
10 m in 后取出 ,经无离子水迅速冲洗 3一 4
次 ,吸干 ,计鲜重 ,鲜样加无离子水研磨 ,离
心 ( s o o 0 X , , 1 5 m in )后 , 弃去沉淀 , 上清液
直接在 6 4 10 型火焰光度计上测 定 K 十含
量 ,用 件m ol g 一 `D v v 表示 。
根呼吸的测定 取对照或 P E G 、 N a cl 处理
过的高粱根约 0 . 1 0 9 ,剪碎 。 按李德耀和叶
济宇 ( 19 80 )的方法 ,分别测定 D N p 处理前
后和恢复 30 m in 后 的根呼吸 , 用 帅 of 仇
m g一 ` DW h 一
’表示 。
H + 分泌速率测定 按 aM r r云等 ( 19 8 8 )方
法 ,将 10 ml 含 0 . 5 m m of / L M es 配制的上
述无钾无氮溶液 (加或不加 50 om of / L 的
K CI 依实验 而定 ) ,置 于 50 ml 烧杯中 , 用
BT P 调溶液 PH 至 6 . 0 。 放入搅拌子 , 并加
盖尼龙网 , 以免损伤材料 。 通空气 s m in
后 , 加入 D N p 处理并稳定后的高粱根约 1
g
。
9 0 m i n 后 , 用 0 . 1 m o l / L 的 N a o H 回滴
至溶液 PH 至 6 . 0 。 H 十分泌率以 件m of g 一 ’
D W h
一 `表示 。
结 果
D N , 对高粱根去除 K+ 的效应
高粱根用 D N p 处理时 , 其 K + 洗去率
随时间的延长而逐渐增加 ,在 10 m in 前更
明显 , 至 60 ~ 时已基本上达到稳定 ;根
(欲)+公妇oJo`名.夕`。,.
D ur 一 t汤on ( m叭 )
图 1 D N p 浓度和处理时间对去除高粱根中 K + 的效应
F lg
.
l 曰 f伙 t 时 tr e a tm e n t duar it on an d咖彻atr t j o n of D N P on K + er m o v a l f r o m sor hg u m r o o t
1 5 0 6 卜m ul g一 ’ D 、 v 15 at k en as 1 0 0 % .
4 期 渗透胁迫对高粱根中 K十累积的刺激作用
中 K+ 洗去率随 D N p浓度 的升高而升高 ,
当用 3 0 m m o l / L 的 D N p 处理 6 0 m in 后 ,根
中 9 5%的 K + 可被洗去 (图 1 ) 。 去 K + 后 ,即
可测定根中 K 十的吸收和净积累量 。
D N甲 处理后 ,高粱根呼吸的抑制和恢复
经 3 0 m m of / L 的 n N p 处理 6 0 m访后 ,
高粱根呼吸显著降低 , 被抑制约 80 % ,但
经 30 m in 的恢复后 ,其呼吸可 回升到未经
D N p 处理时的 45 写左右 (图 2) 。 经 D N p 处
理后 , PE G 或 Na cl 处理过的高粱根呼吸与
对照无差异 。
H 十分泌的刺激和抑制效应
s d 龄的高粱根具分泌 H 十能力 。 当不
加 K cl 时 ,对照和 PE G 处理者的 H + 分泌
率无差异 ; 当加 5 0 林m o l / L 的 K c l 时 , PE G
处理者 的 H + 分泌率增加 32 % , 而对照仅
增加了 7 . 7% 。 0一 m m o l / L 的 N a s v o ; 抑制
对照和 PE G 处理 者的 H + 分 泌率分别 为
2 7%和 3 6% ; 0 . 1 m m o l / L 的 D C C D 的抑制
作用不明显 (表 1 ) 。
0压.0(11`诊a1.E入01只七沈)
.公``忍臼.长遗
气如
D N p 对高粱根呼吸率的抑制效应
I n h libt or y ef f
e c t o f D N P on t h
e r
es irP
a it o n ar et of sor hg uln
r o o st
·
高粱根中 H 十分泌的刺激和抑制效应
图珑农
T a b l e 1 E f f e c st of s t lm u l a it on an d l
n hi 玩it on of H + e xt r us i o n in sor hg u m r o o st
M曲 um (m m o l / L )
H + e x tr u s ion ( “功。 1/ L D VV h 一 ’ )
C o n tr o l 一 1 . 0 M P a P EG
一 K +
0
.
0 5 K +
0
.
0 5 K + a n d 0
.
1 N a 3 V O -
0
.
05 K
+ a n d 0
.
1 D C C D
7
.
4 4士 0 . 6 2
8
.
1 2士 0 . 7 4
5
.
9 6士 0 . 5 5
7
.
9 2士 0 . 6 7
7
.
8 9士 0 . 8 6
1 0
.
4 2士 0 . 7 1
6
.
6 9士 0 . 6 8
9
.
7 4士 0 . 5 2
植 物 生 理 学 报 19 卷
渗透胁迫下外界 K+ 浓度对 K十累积的影响
经 7 2 %PE G 和 1. 1 %aNcl 处理 4 2h
后 ,高粱根 中 K 十的累积量显著增加 (图 3 ,
4 )
。 当外界 K C I 浓度为 0 . 0 5 m m o l / L 时 ,
P E G 或 N a CI 处理后 , 根中 K + 含量分别为
对照增加量 的 6 . 7 倍和 6 . 4 倍 ; 当外界
K CI 浓度增加 10 倍 时 ,处理和对照的 K +
含量增加不显著 ; 只有当外界 K CI 浓度增
加 20 0倍时 ,处理和对照的 K 十含量才有较
明显的增加 。
口 C o n t r o l
么 2 7% p 〔 G
K 十吸收动力学
在不同 K cl 浓度下 , 对照和 PE G 处理
的高粱根的 K 十吸收率分别见图 S A 和图
6 A
。
P E G 处理后 ,高粱根在外界 K cl 浓度
很低时 , 即表现 出较 高 的吸收 率 。 采 用
L i n e w e a v e r
一
B u r k 双倒数作 图法得 到 K + 吸
收的 K 。 和 v m 值 ; 对照分别为 9 . 25 m m of /
L 和 2 3 . 6 件m ol g 一 ` Dw m i n 一 ` (图 SB ) ; PE G
处理者分别为 2 7 . 2 5 林m o l / L 和 1 4 · 7 1 协m o l
g 一 ` o w m in 一
`
(图 6B ) 。
P E G 和 N a cl 浓度对 K + 累积的影响
不 同浓 度的 p E G 和 N a C I 处理 ` 2 4 h
后 , 高粱根对 K 十的累积表现为 : 随胁迫强
度的增大 , K + 累积首先逐渐增加 , 当 PE G
浓度达 25 % 、 N a cl 浓度达 1 . 0%时达到最
大 , K + 含量 分别 为无胁迫 时 的 2 . 4倍 和
八én门,ù日`nó匕J一Ur马ó` .ú八艺nL曰es咯
ǎ琴。的\ù。E认à妇u.o十公
0 0
.
0 5
K C 二 ` o n c .
0 5 0
( m m o l / L )
图 3 P E G 胁迫下高粱根中 K + 含量与介质中 K cl
浓度的关系
F ig
.
3 R e l a t i o n s h i P 比 tw e n K 十 e o n te n t in os r gh u m
r 洲`〕 ts a n d K C I e o n e e n t r a it o n in t he m e d l u m u n d e r P E G
S t r e S S
{:)
` 一
5 1 0 1 5
K e一 e o n e . ( mm o 一/ L )
曰叮匹。
下左E多。.一。昼à .书`a月:兮+义
C o n t r o】
1
.
1写 N a e奋
0
.
9
之 0 . 6
0
.
3
y 二 0 . 3 9 1 4瓦 + 0 . 0 4 2 3
(
r 二 0 . 9 72 2 )
四ùIL斤比n.八UUn八甘Un。`八é5乙气,!,`ǎ考。之ù。呈).aou+`
0 0
.
0 5
K C I e o n e
-
0
.
5 0 1 0
.
0
m o o一/ L )
0 0
.
5 1
.
0
1 / [ K c
,〕
5 2
.
0
图 4 N a cl 胁迫下高粱根中 K+ 含量与介质中 K cl
浓度的关系
F ig
.
4 R e l a 巨o n s h i P be t w e e n K + co n et n t in so r gh u m
r o o st a n d K C I OC
n e e n tr a t i o n in ht e m de lu m u n d e r N a
-
C I s t r e s s
图 5 无 胁迫条 件 下 , 高粱 根 中 K + 吸 收 的
iL n e wea v-er
B u r k 图
F地 . 5 L in w ea v er 一 B u r k P l o t of K + u P切kL e in
so rhg
u
m
r
o st w iht ou t
s t r e s s
4期 渗透胁迫对高粱根中 K 十累积的刺激作用
0
.
3卜
} y= j
· 吕 55 0 x + 0· 0 6 8 0
I (
r一 U. 33 4 3 )
> ! 尸 /声 0. 6卜 / /
,丫甘厂 . ”
0 0
.
1 0
.
2 0
. 弓 0 . 4
K C . c o叱 . (脚 11 0 1/ L ) 1/ [ K e一〕
尸l石E王0一1.ù。呈) .盆`.`.俐兮+义
图 6 PE G 胁迫条件下 ,高粱根中 K + 吸收的 iL ne w ae ve r 一uB kr 图
F饱 . 心 L in
awe ver
一 uB r k lP ot of K + u p at k e 讥 s or gh u m r o st 加 小 e p r姗n ce o f 2 7% p E G
去地上部时要多 ( 图 8) 。 当同样用 27 %
p E G 和 1 . 1% N a c z处理 2 4 h 后 , 外界 K cl
浓度为 0 . 05 m m ol / L 时 ,不除去地上部的
K + 净累积 比除去地上部的分别高出 186 %
和 29 % 。 外界不同 K CI 浓度下 ,两者根中
K + 累积量相近 (图 8 , 3 , 4 ) 。
D e 之a e h e d r o t,
t知d e t a C卜绷 r o t
口团
ǎ多O
ǎ考。,、一。呈à夕.u-o+公
2 7% p EG
.
1% N
a C!
八éóU几U八公伪口几曰éē八润峪之曰ō乙,.峥``
.\一。E二以-uoù.n三吕十公芍N
八U氏口UnD弓.,
、严、
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, ..
80 卜泥
0
D 0 5 0
.
5 0 I D
.
0
K C! c o n e
.
( m m
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/ L )
0
.
5 1
.
0 1
.
5
c ` ( 片 )
图 7
毗 . 7
胁迫强度对高粱根中 K + 含量的影响
fE f ect
o f st r哪 in t e n s i t y o n K + e o n te n t i n
s o r
hg u m r
o o ts
Wi th an ex ter
n ia K e l
con ce
n t r iat on
o f 0
.
0 5 r n幻n o l / L
2
.
0 倍 , 然后明显下降 (图 7) 。
地上部对根中 K 十净累积的影响
有地上部存在时 ,根中 K 十净累积比除
图 8 咫 G 与 N a CI 胁迫下地上部对根中 K 十净累
积的影响
鞠 · 8 E f f e c t of ht e p r es e n份 of hs o o 招 on 加言K + ac -
c u 们n u 协iot n in r o st 史留 s以 J by P E G a r l d N aC I
C
MH 对 P E G 和 N ac l 刺激的 K 十累积的抑制作用
C H M 是阻遏蛋白质合成的抑制剂 , 本
身对根中 K 十的累积无影响 (图 9 ) 。 P EG 和
N a C I 能刺激 K + 累积 的显 著增 加 (图 3 ,
植 物 生 理 学 报 1 9卷
4)
, 但 当 P E G 或 N a CI 与 0 . 1 ~ of / L 的
CH M 同时处理 24 h 后 , 测定结果表明 ,渗
透胁迫促进 K + 累积的作用完全 消失 ( 图
9 )
。
+ C 告朋明
一 C HM
团口一广|-leJweIL卜-se!l八U内UC甘n材吸甘八口胶JV`J乃`八乙`,, .八幸01,助一。p三à艺告`。。+匕
C o n t r o l N o C t P〔 G
图 , C H M 对 PE G 和 N a C I诱导的 K + 累积的抑
制作用
F地 . 9 I n h i ib t o r y e f f e c t 时 C H M on K + a e e u m u la -
t
lon
i n d u c de by P EG ( 2 7% ) an d N
a C I ( 1
.
1% )
W i th
a n e x t e r n a l K CI e o n ce n tart io
n o f 0
.
0 5 I n n l o l / L
.
讨 论
在营养液中生长的高粱苗 ,其根中 K 十
含量达 1 5 0 6 件m of g 一 ` D、 v , 要准确地 测定
K + 净吸收是很困难的 ,因此 , 在测定 K + 净
吸收前 , 我们借鉴利用 D N P 洗去微生物细
胞中 K 十的技术除去根中的绝大部分 K + 。
在微生物中 ,采用 10 m m o l / L D N p 处理 3 0
m in
, 可除去 90 %以上的细胞 K 十 ( R h oa ds
等 1 9 7 6 ) ; 本实验中 , 我们选用 3 0 m m ol / L
的 D N P 处理 60 m in ,高粱根中 95 %的 K 十
可被除去 (图 l ) 。
N a3 v o
; 被认为是 质膜 H十 一 A T aP se 的
专 一 性 抑 制 剂 ( o ` N e i ll 和 S p a n s w ic k
1 98 4 )
, 可较强地抑制高粱根中的 H 十分泌 ,
而与电子传递有关的抑制剂 D C C D 无 明显
抑制效应 , 由此暗示 ,渗透胁迫所诱导 的
K + 累积可能与质膜上的 H + 一 A T p a se 有关 。
上述实验表明 ,渗透胁迫显著刺激高
粱根中 K 十累积的增加 ,这反映 了 K + 净吸
收的增加 。 这与盐适应的烟草培养细胞中
观察到的结果 ( w a at d 等 19 9 1) 相似 。 动力
学研究表明 , 由渗透胁迫刺激的 K 十吸收的
增 加是由于根对 K 十亲和 力增 强所致 ( 图
5
,
6 )
。
e H M 可抑制由 PE G 和 N a CI 刺激的
K + 累积 (图 9) 说明 , 由渗透胁迫透导的 K 十
累积需要某些新合成的蛋白质的参与 。 上
述结果暗示 ,渗透胁迫所诱导的 K + 累积依
赖于对 K 十具有高亲和力的蛋白质的合成 。
不 同胁迫强度刺激 K 十 累积趋势的差
异 ( 图 7) 表明 : 低胁迫强度诱导 K + 累积的
增加与 K + 对渗透调节的作用和敏感性密
切相关 ; 随着胁迫强度增大 , K + 累积达到
最大 , 说明 K + 的调节作用是有限的 ; 当高
胁迫条件下 ,则需其它有机小分子物质的
渗透调节系统来配合 , 如脯氨酸和甜菜碱
等以及与其有关的运输和合成系统 ( iH g -
ig n s 等 1 9 8 7 , Y a n e e y 等 1 9 8 2 , ca 扮 n e y 等
1 9 8 5 a
、
b
,
G o w r i s h a n k a r 19 8 5 )
。
综上所述 , 作者认为 , 利用 D N P 洗去
细胞中的 K 十在高等植物中是可行的 ;渗透
胁迫可刺激高粱根对 K + 的吸收 ,而这一过
程依赖于蛋白质合成 。因此 ,我们希望在与
K + 吸收相 关蛋白质的分离及特性方面进
行深入的探讨 。
参 考 文 献
汤成章 , 王育启 , 吴亚华等 。 钾在高粱苗水分亏
缺时脯氨酸累积中的作用 。
1 9 8 4
,
1 0
:
2 0 9
植物生理学报
李德耀 , 叶济宇 。 薄膜氧电极的制作与呼吸或光
合控制的测定 。 植物生理学通讯 1 9 8 0
( l )
:
3 5
B i n z e l M L
,
H己洛 F D , Br 已贬旧 n RA 时 of
.
In tr a ce l lu la r
c o
m P
a r t m e n at it on of ion in sa h
a
da P ted t
o ba co
ce 幽 . 产份时 价咖龙 1 9 8 8 , 8 6 : 6 0 7
以 ir n e y J , 致为 th IR , 比勿ns C F . 尽以仍阴州勿 午
树山阳如翻 rP oP 罗肚 en c od es a tr a n s po r t s y s t e m
for t h e OS m 0 P r o t e ￡ ta n t be at in e
.
J B以吞公笼
1 9 8 5 a
,
1 6 4 : 12 1 8
4 期 渗透胁迫对高粱根中 K +累积的刺激作用 3 8 5
〔滋汀ne y J , 致沁 th IR , 比 g 因山 5 C F . 伪mo er gu 扭 it on
Of g e n e e x P r馏 ion in J乡以幻. 妇灿 ￡卵仙扭护如材 : rP o U
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E哪 et in W . 伪mo r e g u纽 it o n by po at S lum t r a n s po r t
in 忍兜加州以初 仪点 . 尸召泪吩 川吮六石以 丑改 , 1 9 8 6 ,
3 9
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F巨n d S C , S o m e r o G N . U r ea an d m e ht y l a r n l n e e f -
f e c t o n ar b b l t m u s c l e Ph佣 p h o f ur ct o k in ase
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H i因乡n s C F , ( 滋i r n e y J , S亩iln g D A 以 al . 伪mo ict
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n e e x rP 砚治 l o n : i on i e s tr e n g th as
a n in tr a ce l u l a r s lgn
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Mar r亡 M T , M or o n i A , lA be r go n i F G 以 of
.
P I盼
m al e r n 〔 n a r ed ox a e it v iyt an d H
+ e x tr u s i o n
.
月油“ 产甸滋义 1 9 8 8 , 8 7 : 2 5
M u n r o G F
, 助 u e r b i e r W . 〔地m o t ica l ly jn d u e e d e x -
e r e t ion
o f uP tr esc l
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u n at n st o f E次九犷应无必
硬习心 d e fe e t iv e in po at S iu m tr a n s P o r t
.
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.
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.
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s t r e s e o u l d be i n h i b i t
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