钾离子在钾离子在 ABAABA 引起玉米根系引起玉米根系脯氨酸积累过程中脯氨酸积累过程中

的作用的作用

学生：张涛学生：张涛

本论文包括以下四个部分：本论文包括以下四个部分：

选题背景

材料与方法

结果与分析

讨论

选 题 背 景选 题 背 景 植物在干旱条件下 ABA含量会明显增加，进而产生一些适应性生理生化变化。干旱时，植株 ABA会促进体内脯氨酸的积累，金属钾离子是否会在其中起作用？

干旱条件下植物体内干旱条件下植物体内 ABAABA 含含量增加带来的反应量增加带来的反应

ABA 可以作为一种正信号参与植物调节生理活动。

ABA 有引起叶片气孔关闭，影响叶片生长，促进干旱诱导蛋白产生等功能。

调节基因表达，其过程一般认为是：胁迫→ ABA 合成胁迫诱导基因 mRNA 上升→基因表达产物的积累→抗逆性提高。

ABAABA 引起植物体内脯氨酸积累引起植物体内脯氨酸积累的机制的机制

ABA 能促进 Pro 增加的原因在于 ABA 促进谷氨酸合成 Pro 的过程，而对 Pro 结合到蛋白质的过程没有影响。

ABA 诱导 Pro 的积累与 pH 有关。

ABA 诱导 Pro 合成与 Na+ 、 K+ 有关。

• 本试验主要研究了钾离子在水分胁迫下 ABA 引起玉米根系 Pro 积累过程中的作用，旨在进一步阐明 ABA 调控 Pro的机制。

材 料 与 方 法材 料 与 方 法

1.1 实验材料 玉米品种鲁玉 14 号和 掖单 13 号 1.2 材料培养与处理 1.2.1    材料培养 浸种 12h ，于 28℃光照培养箱中催

芽至胚根长约 1 ～ 2cm ，水培至一叶一心期，用营养液培养至三叶期。

材 料 处 理材 料 处 理

1 、对照，用 Hoagland 营养液（缺钾）培养2 、 KCl （ 10mmol/L ）处理 3 、钾离子通道抑制剂 TEA （ 8mmol/L ）处

理 4 、 ABA （ 2×10-5mmol/L ）处理 5 、 ABA （ 2×10-5mmol/L ）和

TEA(8mmol/L) 同时处理 6 、 ABA(2×10-5mmol/L) 和 KCl

(10mmol/L) 同时处理

处理 12 小时后，用 15% 的 PEG-6000 模拟中度水分胁迫处理。

用 10% 的 PEG-6000 模拟轻度水分胁迫处理三天，分别取样，每个处理设 3 次重复。

测定内容测定内容

游离脯氨酸含量的 测定：用磺基水杨酸 提取植物体内游离脯 氨酸。

游离氨基酸的测定。

结果与分析结果与分析

图 1 K+ 对轻度水分胁迫下玉米幼苗根系脯氨酸积累的影响

T1 ： PEG T2 ： PEG+KCl T3 ： PEG+TEA 

010203040506070

第一天 第二天 第三天 第四天处 理 时 (Y13)间

脯 氨

酸 浓

(μ

g/g.

FW)

度

T1T2

T3

010203040506070

第一天 第二天 第三天 第四天处 理 时 ( L14)间

脯 氨

酸 浓

(μ

g/g.

FW)

度

T1T2T3

图 2:K+ 对玉米水分胁迫下 ABA 调控的脯氨酸积累的影响 T4:PEG+ABA T5:PEG+ABA+KCl

T6:PEG+ABA+TEA

0102030405060708090

100

第一天 第二天 第三天 第四天 ( Y13)处 理 时 间

(μg/

g.FW

)脯

氨酸

浓度

T4T5T6

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

第一天 第二天 第三天 第四天

( L14)处 理 时 间

(μg/

g.FW

)脯

氨酸

浓度

T4T5T6

中度水分胁迫时 K+ 对玉米幼苗根系 ABA调控的脯氨酸积累的影响

010203040

50607080

0h 12h 24h 36h

(Y13)处 理 时 间

(μ

脯氨

酸的

浓度

g/g.

FW) T1

T2T3

0

1020

30

40

5060

70

80

0h 12h 24h 36h

(Y13)处 理 时 间

(μ脯

氨酸

的浓

度g/

g.FW

) T1T2T3

图 3:K+ 在玉米水分胁迫时脯氨酸积累过程中的作用T1:PEG T2:PEG+KCl

T3:PEG+TEA 

图 4:K+ 在玉米水分胁迫时脯氨酸积累过程中的作用

T1:PEG T2:PEG+KCl T3:PEG+TEA

0

20

40

60

80

100

120

0h 12h 24h 36h

(Y13)处 理 时 间

(μg/

g.FW

)脯

氨酸

浓度

T4T5T6

0102030405060708090

0h 12h 24h 36h

( L14)处 理 时 间

(μg/

g.FW

)脯

氨酸

浓度

T4T5T6

图 5:K+ 在玉米水分胁迫时ABA 调控的脯氨酸积累过程

中的作用

T4:PEG T5:PEG+ABA T6:PEG+ABA+TEA

图 6:K+ 在玉米水分胁迫时 ABA 调控的脯氨酸积累过程中的作用

T4:PEG T5:PEG+ABA T6:PEG+ABA+TEA

 

中度水分胁迫下外源中度水分胁迫下外源 ABAABA 对渗透胁迫下玉对渗透胁迫下玉米幼苗根系游离氨基酸积累的影响米幼苗根系游离氨基酸积累的影响

0

0. 5

1

1. 5

2

2. 5

Y13 L14 (12H)处 理 时 间

吸光

值

T1T2T3T4T5T6

0

0. 5

1

1. 5

2

Y13 L14 (24H)处 理 时 间

吸光

值

T1T2T3T4T5T6

图 7:K+ 对水分胁迫时 ABA 调控的游离氨基酸积累过程中的作用 (12 小

时 )T1:PEG T2:PEG+KCl T3:PEG+TEA T4:PEG+ABA T5:PEG+ABA+KCl

T6:PEG+ABA+TEA

图 8:K+ 对水分胁迫时 ABA 调控的游离氨基酸积累过程中的作用（ 24 小

时）T1:PEG T2:PEG+KCl T3:PEG+TEA T4:PEG+ABA T5:PEG+ABA+KCl

T6:PEG+ABA+TEA

讨 论讨 论

3.1    关于 ABA 在水分胁迫下作物根系渗透调节物质积累中的作用

3.2 关于渗透胁迫下钾离子在 ABA 诱导脯氨酸过程中的作用

关于关于 ABAABA 在水分胁迫下作物根在水分胁迫下作物根系渗透调节物质积累中的作用系渗透调节物质积累中的作用 干旱胁迫下，植物感受胁迫产生干旱信号，从而

导致内源 ABA 浓度急剧上升，并对作物的许多生理功能产生影响（许旭旦， 1988 ； Davies ， 1991 ）。 ABA 增加诱导 Rab （ response to ABA ）基因表达（ Peter ， 1994 ）及逆境蛋白产生（ Pruvot ， 1996 ）。

本试验表明，无论是轻度还是中度水分胁迫，外源ABA 及外源 K+ 均能促进玉米幼苗根系游离氨基酸的积累，尤其是促进脯氨酸的积累。可认为 ABA与控制脯氨酸合成的基因活化和表达有关，而 K+ 在这一过程中也起一定的作用。

关于渗透胁迫下钾离子在 ABA诱导脯氨酸积累过程中的作用 有研究表明，渗透胁迫下外源 ABA

能使玉米幼苗根系保持较高的水势，由此可知 ABA 浸根处理引起脯氨酸的积累可能与水分状况无关。

最近研究表明胁迫条件下，从谷氨酸合成脯氨酸的过程中，吡咯啉 -5-羧酸合成酶（ P5CS ）是起关键作用的酶。

合成 P5CS 的基因可以被两种不同的途径所诱导：一条为依赖 ABA 的途径（ ABA-dependence ），起表达依赖于内源 ABA 的积累或外源 ABA 的处理；另一条为 ABA非依赖型，其表达除受 ABA 的影响外，还受其他因子如干旱、低温等的影响。

另有研究表明，干旱条件下 KCl 处理，在促进植物体内脯氨酸积累的同时，还可以缓和植物的失水，提高植物对干旱的适应能力（ Udayakumar 等， 1976 ），并伴有脯氨酸氧化的抑制（ Huber 等， 1978 ）。

用 KCl 或 NaCl 高渗液处理植物时，植物内单价阳离子要达到一定的阈值，脯氨酸才会积累。由于植物有泌 Na+ 机制，因而 K+

容易达到这一阈值，表现出 K+

的促进作用（ Weimberg 等， 1982 ）。

在本实验中，用钾离子通道抑制剂 TEA处理玉米幼苗根系后，根系脯氨酸含量明显下降，这不仅说明 K+ 对脯氨酸积累有促进作用，还说明 K+ 对 ABA 引起的脯氨酸积累过程可能有一定的促进作用。由此可推测 K+ ，可能在 ABA 诱导基因上升或表达产物积累过程中起作用。