磷脂酶D參與冬小麥對干旱脅迫的響應(yīng)*

王雅靜，張欣瑩，黃桂榮，封 富，鐘秀麗

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磷脂酶D參與冬小麥對干旱脅迫的響應(yīng)*

王雅靜，張欣瑩，黃桂榮，封 富，鐘秀麗**

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室，北京 100081）

磷脂酶D（phospholipase D，PLD）通過水解細(xì)胞膜磷脂產(chǎn)生信使物質(zhì)磷脂酸（PA），并介導(dǎo)多種激素與逆境的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。為探討PLD在參與干旱信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控細(xì)胞膜穩(wěn)定性方面的作用及其途徑，采用在培養(yǎng)液中加入PEG-6000模擬干旱脅迫，用PLD抑制劑正丁醇（n-butanol，BA）抑制PLD產(chǎn)生PA，對比PEG+BA處理與PEG處理下小麥抗旱性、膜穩(wěn)定性以及抗氧化酶類的變化。結(jié)果表明，與PEG處理相比，PEG+BA處理下，冬小麥幼苗葉片生長受抑制，凈光合速率下降，光合非氣孔限制作用增強(qiáng)，細(xì)胞膜離子滲漏率顯著升高，膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛（malonaldehyde，MDA）升高，抗氧化酶POD活性下降，表明PLD參與干旱脅迫下過氧化物酶（peroxidase，POD）活性的調(diào)控。由此揭示出一條潛在的由PLD介導(dǎo)的干旱信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，即干旱脅迫—PLD激活—POD活性增強(qiáng)—保護(hù)膜脂過氧化損傷—提高細(xì)胞膜穩(wěn)定性—植物抗旱性增強(qiáng)。

磷脂酶D；干旱；信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；過氧化；抗氧化系統(tǒng)；PLD

干旱是限制植物生長和作物產(chǎn)量最重要的因素之一。小麥（L.）是世界上廣為種植的糧食作物，為中國第二大作物[1]。冬春季節(jié)干旱災(zāi)害已成為制約中國小麥持續(xù)增產(chǎn)的關(guān)鍵生態(tài)因素[2]，小麥從種子萌發(fā)到灌漿成熟的各個時期都可能遭受干旱的危害。因此，揭示小麥對干旱脅迫的響應(yīng)特性與機(jī)理，對于品種抗旱性的遺傳改良以及抗旱品種鑒選均有重要意義。

干旱脅迫引起植物的多種生理響應(yīng)，包括降低光合速率，關(guān)閉氣孔減少蒸騰失水，增強(qiáng)代謝從而提高滲透調(diào)節(jié)能力，合成抗脫水蛋白，激活抗氧化系統(tǒng)，減輕氧化損傷以保護(hù)生物膜穩(wěn)定性等。這些生理響應(yīng)事件需要通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程誘發(fā)。植物感受胞外信號，啟動級聯(lián)反應(yīng)傳遞并放大信號，引發(fā)各種生物化學(xué)反應(yīng)以及蛋白間相互作用，改變細(xì)胞內(nèi)的某些代謝過程和細(xì)胞功能，使機(jī)體在整體上對外界環(huán)境的變化發(fā)生適應(yīng)性反應(yīng)，這個過程被稱為細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（Cellular signal transduction）[3]。植物細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理的研究不斷深入，ABA、Ca2+、H2O2、NO、乙烯、茉莉酸類物質(zhì)（Jasmonic acid，JAs）等信使物質(zhì)，以及G蛋白[4]、磷脂酶C[5?6]、磷脂酶D[7?8]等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白相繼被發(fā)現(xiàn)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)并非依靠單一途徑，而是多條途徑交互作用構(gòu)成復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。重要信號途徑的阻斷會顯著降低植物的適應(yīng)性反應(yīng)[9]。

磷脂酶D是重要的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶[10]，在擬南芥上已鑒定出多個同種型，根據(jù)基因序列和酶學(xué)特性，這些PLD被分為12類，分別是α（3類）、β（2類）、γ（3類）、δ、ε、ζ（2類）。PLD通過水解磷脂產(chǎn)生磷脂酸（Phosphotidic acid，PA）和一個自由頭部。PA已被大量研究證實是重要的信使物質(zhì)，PLD通過產(chǎn)物PA參與多種激素與逆境的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。如PLD參與ABA誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[11?14]。Sang等[15]在擬南芥和煙草上發(fā)現(xiàn)PLD參與水分脅迫誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的信號途徑，Li等[16]發(fā)現(xiàn)PLD參與低溫信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。另外，還發(fā)現(xiàn)PLD參與氮和磷等養(yǎng)分脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[17?19]。

逆境脅迫下細(xì)胞內(nèi)部產(chǎn)生大量的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）。ROS主要攻擊對象為細(xì)胞膜甘油骨架上的多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA），導(dǎo)致膜脂不飽和度下降。同時，大量脂質(zhì)被過氧化生成復(fù)雜的脂質(zhì)氫過氧化物。這些脂質(zhì)氫過氧化物極不穩(wěn)定，極易分解為小片段的碳?xì)浠衔?，如MDA、4-羥基壬烯醛（4-hydroxynonenal, HNE）、羥基脂肪酸和酮類脂肪酸以及它們的衍生物。膜脂過氧化以及膜脂不飽和度降低引起細(xì)胞膜的流動性和穩(wěn)定性下降[20]，離子大量外滲，同時影響膜結(jié)合酶類活性，最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)受損和功能下降[21]?？寡趸到y(tǒng)是清除活性氧保護(hù)細(xì)胞膜穩(wěn)定性的直接機(jī)制，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）、過氧化氫酶（catalase，CAT）和POD等抗氧化酶類和抗壞血酸等抗氧化劑類[22]。逆境脅迫下抗氧化系統(tǒng)被大量激活[23?24]，抗逆性強(qiáng)的品種較逆境敏感品種增強(qiáng)顯著[25?26]。而且，不同脅迫類型以及不同植物上激活的抗氧化酶及其激活程度有差異[27?30]。干旱信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)涉及多種途徑，但跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶PLD是否參與抗氧化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，主要參與調(diào)控哪一類抗氧化酶均未見報道。加之PLD信號功能的研究主要集中在模式植物上，在小麥作物上報道很少。因此，本研究針對小麥作物探討PLD調(diào)控抗氧化系統(tǒng)活性調(diào)節(jié)植物抗旱性的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，以期探究干旱脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，為揭示植物抗旱機(jī)理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

選取冬小麥品種晉麥47為實驗材料。將1000顆冬小麥種子用10%的次氯酸鈉溶液浸泡10min，再用蒸餾水沖洗數(shù)遍，腹溝朝下擺放在培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)皿上鋪有兩層用蒸餾水浸濕的濾紙，將所有培養(yǎng)皿統(tǒng)一移入設(shè)置好的氣候培養(yǎng)箱內(nèi)。培養(yǎng)箱設(shè)置條件為，日間6：00?22：00，溫度23℃，光照輻射強(qiáng)度300μmol·m?2·s?1，空氣相對濕度65%；夜間22：00? 6：00，溫度20℃，光照輻射強(qiáng)度0μmol·m?2·s?1，空氣相對濕度65%。每天固定時間10：00與22：00澆蒸餾水使濾紙保持濕潤，第7天開始改用1/2 Hoagland營養(yǎng)液澆灌，第10天麥苗長高后將培養(yǎng)皿換成29cm×14cm×6cm的水培缸繼續(xù)培養(yǎng)，水培缸中加入營養(yǎng)液800mL，每缸培養(yǎng)84株小麥，第16天開始處理。處理設(shè)置：將9個水培缸分為三組，第一組用營養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，為營養(yǎng)液組（CK）；第二組為干旱脅迫處理組（PEG）：在480g PEG-6000中加入1/2 Hoagland營養(yǎng)液，定容至2400mL，配置成20% PEG（W/V）溶液，每個重復(fù)加入800mL至水培缸；第三組為干旱脅迫+抑制劑組（PEG+BA）：將480g PEG-6000溶于1/2 Hoagland營養(yǎng)液，再加入12mL正丁醇（BA），BA通過其轉(zhuǎn)?；饔靡种芇LD介導(dǎo)的PA產(chǎn)生，再加入1/2 Hoagland營養(yǎng)液定容至2400mL，配置成含有0.5%BA的20% PEG（W/V）溶液，攪拌均勻，每個重復(fù)加入800mL。培養(yǎng)至第16天時，CK組的培養(yǎng)液保持不變，PEG組和PEG+BA組的培養(yǎng)液分別換成含有20%PEG的營養(yǎng)液和含有20%PEG+0.5%BA的營養(yǎng)液，繼續(xù)培養(yǎng)6d，每3d更換一次培養(yǎng)液，每個處理3個培養(yǎng)缸，即3個重復(fù)。

1.2 指標(biāo)測定

1.2.1 株高根長測定

處理4d后，9：00在每個培養(yǎng)缸中選擇一株葉片長短一致、長勢均勻的小麥幼苗完整取出，用直尺測量植株的根長和株高，植株基部至最上部展開葉的距離即為株高。

1.2.2 光合參數(shù)

分別在處理前和處理1、2、3、4d后每日9：00? 11：00，于每個培養(yǎng)缸中選擇葉片長短一致、長勢均勻的3個植株，選取植株的第二片完全展開葉，采用光合系統(tǒng)（Li-6400，USA）測試葉片光合參數(shù)，包括凈光合速率（Net photosynthesis rate，Pn）、胞間CO2濃度（Intracellular CO2concentration，Ci）、氣孔導(dǎo)度（Stomatal conductance，Gs）。設(shè)置CO2濃度（Ca）為400μmol·mol?1，熒光強(qiáng)度為1200μmol·m?2·s?1。

氣孔限制值(stomatal limitation index, LS)

LS=1?Ci/Ca（1）

非氣孔限制值(Non-stomatal limitation index)

NLS=Ci/GS（2）

1.2.3 丙二醛含量

丙二醛采用硫代巴比妥酸法測定[31]。從試驗處理第一天起，每天于每個處理中取小麥第二片完全展開葉0.5g，連續(xù)取6d。葉片取下后用錫紙包好置于液氮中，待冷凍完全置于?80℃冰箱保存，測定時取出。將0.5g葉片剪碎，加入10mL10%（w/v）三氯乙酸和少量石英砂，冰浴研磨成勻漿，勻漿在3000g下離心10min，取上清液為提取液。取10mL刻度試管2支，1支加入上清液2mL，另一支加入蒸餾水2mL（空白），各加 0.5%（w/v）的硫代巴比妥酸2mL，搖勻?；旌弦褐糜诜兴≈?5min，取出后迅速冷卻（冰上），室溫下離心（3000g，10min），以空白作為對照，取上清液分別測定450nm、532nm和600nm下吸光值。

式中，C為MDA濃度(mmol·L?1)，利用提取液總體積（Vt，mL）值和葉片鮮重（FW，g），換算得到MDA含量(mmol·g?1)

每個處理設(shè)計3個重復(fù)。

1.2.4 細(xì)胞膜離子滲漏率

細(xì)胞膜離子滲漏率采用電導(dǎo)儀法進(jìn)行測定[31]。從試驗處理第1?7天，每日取每個處理小麥第二片完全展開葉5片，3組重復(fù)，用去離子水沖洗，剪成1cm小段，浸沒于10mL去離子水中，用真空泵抽氣20min，再緩緩放入空氣，接著在搖床上震蕩3h，測定電導(dǎo)率C1。再將溶液和葉片轉(zhuǎn)至試管中，放置于100°C水浴鍋煮沸15min，待降至室溫后，測第二次電導(dǎo)率C2。

1.2.5 抗氧化酶

分別在處理前和處理2d、4d、6d后每日9：00選擇大小一致、長勢均勻的葉片，每個處理取0.2g葉片進(jìn)行酶液提取，3組重復(fù)。超氧化物歧化酶（SOD）采用氮藍(lán)四唑法測定[32]，過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定[33]，過氧化氫（CAT）采用紫外吸收法測定[34]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用單因素方差分析差異顯著性。利用Origin軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 抑制PLD對植物抗旱性的影響

2.1.1 植物生長

由圖1可知，3種處理之間小麥根長差異不顯著，但是株高存在顯著差異。PEG（干旱）處理株高顯著低于CK，PEG+BA（干旱脅迫中加入PLD抑制劑BA）處理顯著低于PEG處理。表明PLD抑制劑BA處理降低了干旱脅迫下小麥葉片的生長速度，但是對苗期小麥根的生長速度無顯著影響。

圖1 處理4d后小麥株高和根長比較

注：小寫字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。

Note: Lowercase indicates the difference significance among treatments at P<0.05 level.

2.1.2 光合參數(shù)

由圖2可知，CK處理冬小麥葉片光合參數(shù)隨時間并未發(fā)生明顯的變化，而PEG和PEG+BA兩個處理的各項光合參數(shù)均表現(xiàn)出顯著的變化。凈光合速率整體呈降低趨勢，降低速率逐漸增大，降至低點后保持平緩。處理2d后，PEG+BA處理下凈光合速率極顯著低于PEG處理（P<0.01）。3個處理下氣孔導(dǎo)度的變化情況與凈光合速率相近。PEG和PEG+BA兩個處理的胞間CO2濃度在干旱脅迫1d后開始升高，氣孔限制值在脅迫1d后開始降低，非氣孔限制值開始升高。由此可見，在沒有經(jīng)過任何干旱鍛煉的情況下，用20%PEG處理冬小麥幼苗僅1d后，光合作用限制因素就從氣孔限制轉(zhuǎn)向非氣孔限制，即光合相關(guān)酶類的活性開始降低。PEG+BA處理與PEG處理相比，在干旱脅迫2d和3d時達(dá)到極顯著差異（P<0.01），PEG+BA處理的小麥葉片胞間CO2濃度更高，氣孔限制值更低，非氣孔限制值則更高。這表明加入正丁醇抑制PLD，導(dǎo)致光合相關(guān)酶類的活性和光合器官受到了更嚴(yán)重的損害，光合作用能力顯著降低。

圖2 不同處理下小麥光合參數(shù)的變化過程

注：*和**分別表示PEG 與PEG+BA處理在0.05和0.01水平上差異顯著。下同。

Note:*and**indicate that there are significant differences between plants treated by PEG and PEG+BA at P<0.05 and P<0.01, respectively. The same as below.

2.1.3 細(xì)胞膜穩(wěn)定性

脅迫程度由脅迫強(qiáng)度和脅迫持續(xù)時間共同決定，在處理的6d時間里，PEG濃度維持在20%，表明小麥承受的干旱程度隨時間逐漸加強(qiáng)。細(xì)胞膜離子滲漏率是反映細(xì)胞膜穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。由圖3可知，未經(jīng)干旱處理的CK，小麥葉片細(xì)胞膜離子滲漏率維持在4%～7%，而PEG和PEG+BA處理下，膜離子滲漏率隨脅迫時間延長不斷上升。脅迫持續(xù)6d時，PEG和PEG+BA處理，膜離子滲漏率分別增加2.45和2.98倍。從處理后2d開始，除5d外，PEG+BA處理均顯著高于PEG處理，其中處理3d、6d時，二者呈顯著差異（P<0.05），處理2d、4d時二者呈極顯著差異（P<0.01）。處理6d時，PEG+BA處理下膜離子滲漏率較PEG處理高27%。說明加入BA抑制PLD作用導(dǎo)致干旱脅迫下冬小麥的細(xì)胞膜穩(wěn)定性降低，離子大量外滲。

圖3 不同處理下葉片細(xì)胞膜離子滲漏率變化過程的比較

2.2 抑制PLD對干旱脅迫下細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化作用的影響

由圖4可見，CK處理中葉片丙二醛（MDA）含量隨時間的變化幅度較小，但是PEG和PEG+BA處理下MDA含量隨著脅迫時間延長均呈上升趨勢，特別是從處理4d后，PEG+BA處理中MDA含量顯著高于PEG處理。MDA是脅迫下產(chǎn)生的活性氧對膜系統(tǒng)脂質(zhì)過氧化的產(chǎn)物。該結(jié)果表明正丁醇處理抑制PLD，加劇了脅迫下活性氧對細(xì)胞膜脂質(zhì)的過氧化作用，導(dǎo)致脅迫下細(xì)胞膜穩(wěn)定性下降，多種生理代謝過程受到影響。

圖4 不同處理下葉片MDA變化過程的比較

圖5 不同處理下葉片抗氧化酶類活性變化過程比較

2.3 抑制PLD對抗氧化酶類的影響

為探究PLD是否介導(dǎo)干旱脅迫下幾種主要抗氧化酶活性的調(diào)節(jié)，測定了冬小麥葉片SOD、CAT和POD三種典型抗氧化酶的活性。由圖5可見，干旱脅迫下植物的SOD顯著升高，但PEG+BA處理與PEG處理之間無顯著差異，表明BA處理不影響SOD的活性，PLD不參與干旱脅迫下SOD活性的調(diào)節(jié)。CAT在干旱脅迫處理4d后表現(xiàn)出降低趨勢，PEG+BA處理與PEG處理之間變化趨勢一致，二者無顯著差異，表明用正丁醇處理抑制PLD也未影響CAT的活性。但是，POD的情況則不同，PEG處理與PEG+BA處理下小麥幼苗中POD活性具有升高趨勢。PEG+BA處理在處理2d和4d時顯著低于PEG處理（P<0.05），到處理6d時二者已無顯著差異。表明PLD參與干旱脅迫下POD活性的調(diào)節(jié)。

可以看出，抑制劑BA抑制了干旱脅迫下PLD產(chǎn)生PA，使抗氧化酶POD活性降低，膜脂過氧化產(chǎn)物MDA升高，細(xì)胞膜離子滲漏率升高，膜穩(wěn)定性下降，光合酶活性下降，葉片生長受抑制。揭示了PLD通過調(diào)控抗氧化酶POD活性調(diào)節(jié)植物抗旱性的途徑。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

PEG脅迫處理2d開始，PEG+BA處理下膜離子滲漏率較PEG處理顯著升高。同時，胞間CO2濃度升高，光合作用非氣孔限制值較PEG處理顯著增強(qiáng)，說明光合作用相關(guān)酶類的功能下降。許多生理功能相關(guān)酶類分布于生物膜上，在生物膜的穩(wěn)定性與流動性受到損傷時，膜上功能酶的活性就受到影響。因此，可能是膜穩(wěn)定性受到損傷，使光合相關(guān)酶類的功能受到了影響。另外，根據(jù)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)具有多途徑交互作用的特性，也可能PLD直接參與干旱脅迫下光合作用的調(diào)節(jié)，即可能存在PLD參與調(diào)控某種光合作用關(guān)鍵酶類活性的信號途徑。具體哪一種為關(guān)鍵作用機(jī)理，尚待進(jìn)一步揭示。PLD抑制下，抗氧化酶POD活性顯著降低，細(xì)胞膜離子滲漏率升高，表明PLD通過調(diào)控抗氧化酶活性影響細(xì)胞膜穩(wěn)定性進(jìn)而調(diào)節(jié)植物的抗旱性。

Ghars等在小鹽芥/鹽芥（/）上研究發(fā)現(xiàn)，重度鹽脅迫（400mM NaCl或400mM甘露醇）下，PLD對脯氨酸積累有正向作用，但在未脅迫情況下無作用[35]。脯氨酸的積累是植物應(yīng)答脅迫的最重要策略之一，它已被證明在脅迫中作為OH·分解者，通過與其它酶互作，從而保持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和活性，并維持pH和氧化還原平衡，起限制或修復(fù)損傷的作用[35]。說明PLD對植物在嚴(yán)重脅迫下抗氧化劑的合成起正向調(diào)節(jié)作用，這一定程度上支持了本研究“PLD對抗氧化系統(tǒng)的正向調(diào)節(jié)維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性”的結(jié)論。

PLD參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激發(fā)植物對干旱脅迫的抗御反應(yīng)，不是僅依靠單一途徑，而是激活多條交互途徑構(gòu)成復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)[36]。Sang等利用在煙草和擬南芥上獲得的PLDα被抑制和過表達(dá)的突變體材料證實，PLD參與干旱誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉的過程，即通過氣孔調(diào)節(jié)途徑調(diào)控植物的抗旱性[15]。本研究在小麥上揭示出PLD參與干旱脅迫下抗氧化系統(tǒng)的激活，減輕活性氧對生物膜脂質(zhì)的過氧化損傷，即通過抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)途徑調(diào)控植物的抗旱性，而氣孔調(diào)節(jié)途徑與抗氧化系統(tǒng)調(diào)節(jié)途徑均是干旱信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的途徑。

PLD是多基因家族，不同的PLD同種型特異性地參與不同脅迫信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。多種逆境脅迫均誘導(dǎo)ABA的合成，PLDɑ1、PLDδ和PLDɑ3正向調(diào)節(jié)ABA信號的應(yīng)答，其中PLDɑ1和PLDδ參與ABA誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉的正向調(diào)節(jié)，而PLDɑ3的作用機(jī)制不同于前二者，不參與氣孔關(guān)閉的調(diào)節(jié)[15,37?38]。鹽脅迫下，PLDɑ1、PLDδ、PLDɑ3和PLDε參與應(yīng)答[7,39?42]。磷缺失下，PLDζ1和PLDζ2正向調(diào)節(jié)根生長[17,43]。Li等敲除PLDδ后發(fā)現(xiàn)植物抗凍性降低，證明PLDδ正向調(diào)節(jié)植物的抗凍性[16]。本研究中PLD參與干旱脅迫下抗氧化酶POD的激活，保護(hù)生物膜的過氧化損傷。但終究是哪一類PLD特異性地參與干旱脅迫誘導(dǎo)POD激活的信號途徑尚待進(jìn)一步揭示。

3.2 結(jié)論

采用藥理手段對PLD活性進(jìn)行抑制后，干旱脅迫處理下冬小麥幼苗葉片生長受抑制，凈光合速率下降，光合非氣孔限制作用加強(qiáng)，抗旱性較對照顯著下降，表明跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶PLD參與冬小麥干旱脅迫的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抗氧化酶POD活性顯著降低，細(xì)胞膜離子滲漏率升高，表明PLD通過調(diào)控抗氧化酶活性影響細(xì)胞膜穩(wěn)定性進(jìn)而調(diào)節(jié)植物的抗旱性。由此揭示出一條PLD介導(dǎo)的干旱信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑：干旱脅迫—PLD激活—POD活性增強(qiáng)—保護(hù)膜脂過氧化損傷—提高細(xì)胞膜穩(wěn)定性—植物抗旱性增強(qiáng)。

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Phospholipase D of Winter Wheat is Involved in Responses to Drought Stress

WANG Ya-jing, ZHANG Xin-ying, HUANG Gui-rong, FENG Fu, ZHONG Xiu-li

(Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Dryland Agriculture, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

Phospholipase D (PLD) mediate signaling processes of various hormones and adversities by hydrolyzing phospholipids in cellular membrane and producing phosphotidic acid (PA), a messenger. In order to investigate the roles and pathways of PLD in regulation of the stability of cellular membrane, PEG-6000 was adopted to mimic drought stress, and n-butabol (BA) was applied to inhibit PLD-derived PA. Drought resistance, stability of cellular membrane, antioxidant enzymes of wheat seedlings treated by PEG and PEG added BA were compared. The results showed that inhibition of PLD by BA induced slower seedling growth, lower net photosynthesis rate, higher non-stomatal limitation, higher membrane ion leakage and malonaldehyde (MDA), a peroxidation product, and lower POD activity. The results indicated that PLD played its role in regulating POD activity. Thus, a potential signal transduction pathway under drought stress mediated by PLD was explored: drought stress—activation of PLD—enhancement of POD—impairation of membrane lipids peroxidation damage—improvement of stability of cellular membrane—increasing drought resistance of plants.

Phospholipase D; Drought; Signal transduction; Peroxidation; Antioxidant enzyme; PLD

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.04.003

2018?11?25

。E-mail:zhongxiuli@caas.cn

“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題“化肥減施增效共性技術(shù)與評價研究(2017YFD0201702）”

王雅靜（1994－），女，碩士生，研究方向為作物水分生理生態(tài)學(xué)。E-mail:wyj8664@126.com

王雅靜,張欣瑩,黃桂榮,等.磷脂酶D參與冬小麥對干旱脅迫的響應(yīng)[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(4):222-229