植物抗逆性生理生化研究的某些进展

摘要：粮食问题是全球性的问题，由于近年来全球气候变暖、环境问题日益严峻，使得粮食的生产受到严重的影响，因此很多农业学家提出要加大农业投入、扩大农作物的种植面积来增加粮食的总产量，但是这一做法需要面临逆境限制的问题。因此，工作的重点又转到了克服逆境限制的问题上，若这一问题能够得到解决则粮食问题就能够得到很好的解决。本文主要从基因遗传等方面对植物的抗逆性生长进行了阐述。

关键词：植物 蛋白 可逆性

植物的抗逆性研究对解决全球性粮食问题有很重要的作用，如何增强植物的抗逆性成为了农业学家们的工作重点，得到了全球各国相关学者的关注和支持，是当前农业问题研究中的重点。

一、代谢适应的改变

1.Ca的光合作用转向CAM的途径。

渗透条件下植物的水分会下降，从而导致气孔的关闭。气孔关闭以后，进入叶子的二氧化碳含量会降低，从而降低光合作用的强度，导致发生光破坏的现象。因此研究的首要问题就是要在水分下降、气孔关闭的情况下，维持碳的转化过程。自然情况下，CAM植物叶片的气孔在干旱条件中的光照期中是关闭的，晚上才会开放，而二氧化碳进入后会穿过PEPCase和苹果酸脱氢酶然后储存于苹果酸中，在液泡中堆积。到了白天再从液泡中出来，将光能变为化学能。

植物学家经过不断的研究发现，叶菊类植物在NaCl 、PEG和干旱条件的共同作用下，可以将 Ca的光合作用转变成 CAM途径。而诱导其过程产生的条件是 PEPCase 。经过植物学家的多次实验得出结果：在被胁迫的条件下，PEPCase 、酶蛋白量以及mRNA这三者的含量变化是相同的，而PEPCase的表达是一个可逆的过程，可以在转录的过程中调节mRNA的稳定程度。但是这些改变只有在叶菊的生长达到合适的阶段才会发生。

2.淹水或无氧中的糖酵解。

在淹水或无氧的条件下，植物也要维持其所需要的能量。有植物学家对玉米在无氧环境中的蛋白质的改变情况进行了研究，发现其蛋白质的合成有两种方式，一是过渡多肽，另一种是厌氧多肽。前者会在厌氧的前五小时内形成，并且会以较快的速度增长，五小时后就会开始下降并在短时间内降到最低水平；后者会在缺氧后1.5-72小时内生成，细胞死亡时才会开始降低。不断的研究证明，厌氧多肽中存在糖转化所需要的酶类，这些酶在淹水以及无氧的情况下可以为植物的生长提供相关能量，也可以诱导乙醇的发酵来避免酸中毒现象的产生。

二、渗透调节及其相关物质的积累。

1.渗透调节情况下蛋白和基因的运输。

trk和kdp是影响钾离子转运蛋白质的基因，与之对应的编码蛋白就是Trk 和Kdp，这两种都是与膜结合后的亲和蛋白质，尤其是 Kdp，它与蛋白质的亲和力是最高的，可以促进钾离子由细胞外进入到细胞内。阳性钾离子在细胞内积累到一定浓度时，就会打破细胞内电荷的平衡，因此需要不带净电荷的物质来进行调节，保证电荷的平衡。

2.渗透调节情况下物质的合成酶以及基因。

谷氨酸可以在相关酶类的共同作用下合成脯氨酸，正常条件下植物内所含的脯氨酸对其合成酶有一定的抑制作用，而且在胁迫条件下，其酶活性会大大降低。有科学家对其进行了深入的研究，不仅能够证明脯氨酸在胁迫条件下的重要作用，而且为科学家对高等植物进行类似的研究打下了良好的基础。在研究中发现高级植物中所存在的钾离子可以促进脯氨酸的合成，但具体机制仍不太清楚。甜菜碱作为有机溶质之一，在叶绿体中可经二次脱氢后形成甜菜碱。在此转化过程中起到重要作用的激化酶BADH近年来也备受关注，经过研究发现其数量的增加可以使酶的活性成倍的增强，对植物可逆性研究有着重要的作用。

三、逆境中蛋白的诱导和作用

植物内部的蛋白在逆境条件下会受到抑制，但是其也会产生新的蛋白。最早发现的蛋白是高温下产生的热激蛋白，以后又有其他蛋白产生，这些蛋白的功能虽然还不清楚，但科学家们对其可能产生的作用做了以下预测：

1.可以在适应中储存蛋白。

科学家们在近期对烟草悬浮液的研究中发现，胁迫条件下可初步形成一种有适应性的储存蛋白，但是在种子里却没有这种物质。Osmotin作为一种阳离子蛋白，可以在有盐的环境中生存，分别可溶性和颗粒性两种。在没有盐的培养过程中，盐适应细胞也会产生一些阳离子蛋白，這些蛋白大多数存在于液泡和液泡膜上，科学家特地对其进行深入的研究。

2.逆境蛋白与酶抑制蛋白的相同点。

植物内部有很多可以抑制酶蛋白的物质，这些物质大多为多肽，植物遭到外界破坏时其含量会大幅增加，从而保护植物。玉米中能够抑制蛋白的物质在植物受到损害时也会含量增加保护植物，提高植物的防御能力。部分科学家将这种蛋白与氨基酸进行类比来推测逆境蛋白的作用，研究结果显示它们的同源性可以达到58%。

3.重金属结合蛋白。

由于动物体内含有的金属硫蛋白有很好的解毒作用，所以，科学家们根据这个对植物也进行了类似的研究。最初从豆类等植物中发现了能够与钙离子结合的蛋白，通过分析这些蛋白的性质与动物体内的硫蛋白相似，但也有一些不同之处，因此被称为类金属硫蛋白。植物中还有一种蛋白叫做植物螯合肽，这两种蛋白都能够诱导金属离子并与之结合，使得细胞内的金属离子浓度降低，起到解毒的作用。

总结：

文章通过对于分析植物的代偿变化、渗透调节以及诱导蛋白的功能作用，对植物在逆境和胁迫条件下的生长进行了研究，并根据研究结果对其可能起到的作用进行了预测。以后还会对于这一课题进行深入的研究，以尽早的解决植物的逆性生长问题，为解决全球性的粮食问题做出更大的贡献。

参考文献：

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[2]缪颖，伍炳华.植物抗逆性的获得与信息传导[J].专题介绍，2001（1）.

[3]张伟珍，古丽君，段廷玉.AM真菌提高植物抗逆性的机制[J].前植物生产层，2018（3）.

作者简介：

洪子茜（1996.09- ），女，汉族，福建南安人，四川师范大学生命科学学院在校学生，研究方向为微生物以及植物抗逆生理。