渗透调节物质与抗寒性的关系

渗透调节物质与抗寒性的关系

摘要

植物的正常生长发育需要一个适宜的温度环境，低于一定的温度，植物就会受到低温的胁迫甚至伤害。在低温的胁迫下，植物体内发生一系列的生理生化反应来消除或降低温的伤害作用，本研究综述和讨论了包括植物水分、物质代谢、生化、理化、生态和分子水平等植物抗寒机制的研究方法与进展。

渗透调节是植物在逆境胁迫时出现的一种调节方式,由细胞生物合成和吸收累积某些物质来完成其调节过程。在逆境条件下,细胞内主动积累溶质来降低细胞液的渗透势,以防止细胞过度失水。渗透调节物质主要包括可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和甜菜碱等。

关键词：可溶性糖可溶性蛋白脯氨酸

1、可溶性糖与抗寒性的关系

一般认为,糖类物质的积累与植物的抗寒性呈正相关。细胞内可溶性糖含量高可增加细胞液浓度,降低水势,增强保水能力。糖还能提供碳源和底物,诱导其它与抗寒性相关的生理生化过程,有助于抗寒性的增强;同时还具有保护蛋白质避免低温所引起的凝固作用,进一步提高植物抗寒性。严寒静对栀子的研究发现,气温下降时栀子叶片中可溶性糖含量逐月上升,气温最低的1月可溶性糖含量为气温最高的9月的1·6倍。菠菜可溶性糖含量在低温处理3~5 d期间大幅度上升,而且抗寒性较强的班德菠菜可溶性糖含量增加幅度明显高于抗寒性较弱的胜先锋菠菜。在葡萄中,抗寒性强的品种可溶性糖和可溶性蛋白含量高,抗寒性差的品种含量低,但无论抗寒性强弱,可溶性糖含量均随温度下降而增加,以抗寒性强的增加幅度大,抗寒性差的增加幅度小,枝条中可溶性糖和可溶性蛋白含量与电解质渗出率呈显著相关,含量高的品种电解质渗出率明显低。在日本厚朴和冷蒿抗寒性研究中也得到了同样的结果。

2、可溶性蛋白与抗寒性的关系

可溶性蛋白质的亲水性较强,能增加细胞的保水能力,从而提高植物抗寒性。可溶性蛋白与植物抗寒性呈显著正相关。高志红对果梅的研究表明,低温下其枝条内可溶性蛋白和可溶性糖含量等与抗寒性呈显著相关,可作为抗寒种质筛选的指标;李生泉认为,在不同低温锻炼期间,棉苗中可溶性蛋白质含量的增加和品种的抗冷性表现出明显的正相关。罗军武等对茶树体内可溶性蛋白含量的测定结果也表明,抗

寒性强的品种可溶性蛋白质含量高,抗寒性弱的品种可溶性蛋白质含量较低,经方差分析达到极显著或显著水平的差异,从而认为叶片中可溶性蛋白质含量可作为抗寒性强弱鉴定的生化指标。此外,抗冷性较强的大蕉叶片中可溶性蛋白质的绝对含量一直低于抗冷性较弱的香蕉,但增幅却比香蕉的大,这说明在植物的冷胁迫过程中,蛋白质的增加量可能比蛋白质的绝对含量起着更为重要的作用。

3、脯氨酸与抗寒性的关系

游离脯氨酸作为渗透调节物质具有水溶性和水势高、在细胞内积累无毒性等特点,能保持原生质与环境渗透平衡。植物受到冷胁迫时,游离脯氨酸能促进蛋白质水合作用,由于亲水、疏水表面的相互作用,蛋白质胶体亲水面积增大,保护酶的空间结构为生化反应提供足够的自由水和生理活性物质,从而对细胞起到一定的保护作用。正常情况下,植物体内游离脯氨酸含量很低,但受到逆境胁迫时,游离脯氨酸的含量会有很大变化。姜卫兵对无花果的研究发现,抗寒性强的品种冬季脯氨酸积累保持较高水平,而抗寒性较弱的品种则处于较低水平,这表明脯氨酸积累在量上的差异与品种抗寒性密切相关。丁灿对斑茅的研究表明,冬季叶片的脯氨酸含量是夏季的7·7倍,且脯氨酸含量与原生地海拔、纬度之间存在密切的正相关关系,温度的降低是导致叶片中脯氨酸含量增加的真正原因。低温胁迫下,喜树叶片内脯氨酸含量也表现出升高趋势,而且叶片内脯氨酸含量的高低可作为衡量喜树不同类型抗寒性的指标。

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