干旱胁迫下小麦发育子粒细胞中结合态多胺功能

Wheat cultivars with different drought stress tolerance would be used as experimental materials to study the function of conjugated polyamines in developing seed cell under drought stress by the treatment with exogenous polyamines and inhibitors, which inhibit biosynthesis of different kind and form of polyamines, at following three levels (organic, cellular and molecular level), ① the polyamines, especially conjugated polyamines, in seed, embryo and endosperm, ② polyamines conjugated to high-purity plasma membrane, tonoplast mitochondrial membrane vesivles and DNA-protein etc. isolated from embryo and endosperm with modern water-two-phase and discontinuous sucrose（caesium chloride ）gradient centrifugation methods and so on, ③polyamines conjugated to high-further-purified membrane main associated key proteins and DNA respectively prepared from the vesicles and DNA-protein mentioned above by advanced biochemistry chromatograph technology, such as gel filtration chromatograph, affinity chromatograph and so on. Polyamine content was determined by high pressure liquid chromatography, and the conformation of membrane, protein, DNA-protein and DNA was detected by advanced microscopy technique, such as atom force microscope, scanning electron microscope, transmission electron microscope and nuclear magnetic resonance spectrum etc. In the project, significance of conjugated polyamine maintenance of bio-macromolecule conformation and function was probed in developing seed subjected to drought stress so as to explore one of possible mechanisms by which polyamine enhances crop drought tolerance and to provide a theoretical basis for supply of exogenous polyamine to agriculture. The important experimental results would be verified with materials from plant tissue culture and in vitro.

用抗旱性不同的小麦品种为实验材料，在子粒发育过程中，干旱胁迫、外源多胺和多胺生物合成抑制剂处理，在器官、细胞和分子三个层面上开展研究：①研究子粒、胚和胚乳中各种不同形态（特别是结合态）多胺的功能；②利用现代水两相法和蔗糖（氯化铯）密度梯度离心等方法制备胚和胚乳高纯度质膜、液泡膜、线粒体膜和核蛋白体等组分，研究这些组分上结合态多胺的功能；③利用凝胶过滤层析和亲和柱层析等先进的生化技术进一步分离纯化各种膜、膜上有关功能蛋白和 DNA，研究这些生物大分子上结合态多胺的功能。用高压液相色谱仪检测多胺的含量，用原子力显微镜、扫描和透射电镜、核磁共振等技术观察膜、膜上主要蛋白、核蛋白体和DNA的构象变化。探讨干旱胁迫下小麦子粒发育过程中结合态多胺对生物大分子构象稳定和功能维持的意义，揭示多胺提高作物抗旱性的一种可能机制，也为外施多胺在农业上的应用提供理论依据。重要研究结果用组培材料和离体实验加以验证。

小麦是我们的主要粮食作物。在我国华北地区，小麦在授粉后的灌浆期经常遭受干旱胁迫的侵扰。越来越多的研究证明多胺对植物在逆境条件下的生长发育发挥重要生理作用。然而，尚缺乏干旱胁迫下小麦发育子粒胚细胞内结合态多胺的功能的有关报告。因此，我们以抗旱性明显不同的小麦品种为研究试材，在小麦授粉后的灌浆期采用根际土壤干旱胁迫处理，先探讨了在胚器官水平上三种主要多胺的不同形态变化，在此基础上，深入细胞内部，研究细胞质膜、液泡膜和线粒体膜上的共价与非共价结合态多胺的功能，以及多胺对质膜、液泡和线粒体构象和微管骨架结构的影响，结果如下：. 干旱胁迫前期，发育子粒胚中的游离态多胺（fPAs）含量升高，特别是游离态腐胺（fPut）大幅度升高，到后期，抗旱性强的品种fPut显著下降，游离态亚精胺（fSpd）、游离态精胺（fSpm）以及酸不溶性共价结合态腐胺（AISCC-Put）明显升高，而抗旱性弱的品种一直保持着较高水平的fPut，fSpd、fSpm以及AISCC-Put变化不大。. 小麦子粒无论是在灌浆期和成熟期，胚细胞质膜H+-ATPase活性的增强有利于提高小麦发育子粒胚的抗干旱胁迫能力，质膜H+-ATPase活性的提高的一个主要原因则与干旱胁迫下质膜上的非共价结合态（NCC）Spd、 NCC Spm、共价结合态（CC）Put和CC Spd的水平升高有关；灌浆期胚液泡膜上NCC Spd以及CC Put水平的上升具有积极意义，通过维护膜上H+-ATPase和H+-PPase活性稳定而有利于提高抗干旱胁迫能力；灌浆期胚线粒体内膜上升高的NCC Spd和CC Put可能通过维持ATPase的水解活性和膜上巯基的含量的稳定来提高胚的抗干旱胁迫能力。干旱胁迫条件下，小麦胚核蛋白体上NCC Spm和NCC Spd以及 AISCC-Put和AISCC-Spd水平的上升有利于增强小麦适应干旱胁迫的能力。。. 质膜、线粒体和液泡的构象因为遭受干旱的逆境胁迫而发生非正常改变，这些膜上的非共价结合的Spd和共价结合的Put在阻止这种构象的非正常改变过程中可能发挥重要作用。. 小麦发育子粒胚细胞周质微管参与了植物对干旱胁迫的响应，并且多胺Spd对于干旱胁迫下胚细胞周质微管骨架结构的稳定起着重要作用。.研究结果丰富多胺的抗性生理研究，也为外施多胺提高作物抗旱性提供理论依据。