植物抗逆性生理生化研究的某些進展

摘要：糧食問題是全球性的問題，由于近年來全球氣候變暖、環境問題日益嚴峻，使得糧食的生產受到嚴重的影響，因此很多農業學家提出要加大農業投入、擴大農作物的種植面積來增加糧食的總產量，但是這一做法需要面臨逆境限制的問題。因此，工作的重點又轉到了克服逆境限制的問題上，若這一問題能夠得到解決則糧食問題就能夠得到很好的解決。本文主要從基因遺傳等方面對植物的抗逆性生長進行了闡述。

關鍵詞：植物 蛋白 可逆性

植物的抗逆性研究對解決全球性糧食問題有很重要的作用，如何增強植物的抗逆性成為了農業學家們的工作重點，得到了全球各國相關學者的關注和支持，是當前農業問題研究中的重點。

一、代謝適應的改變

1.Ca的光合作用轉向CAM的途徑。

滲透條件下植物的水分會下降，從而導致氣孔的關閉。氣孔關閉以后，進入葉子的二氧化碳含量會降低，從而降低光合作用的強度，導致發生光破壞的現象。因此研究的首要問題就是要在水分下降、氣孔關閉的情況下，維持碳的轉化過程。自然情況下，CAM植物葉片的氣孔在干旱條件中的光照期中是關閉的，晚上才會開放，而二氧化碳進入后會穿過PEPCase和蘋果酸脫氫酶然后儲存于蘋果酸中，在液泡中堆積。到了白天再從液泡中出來，將光能變為化學能。

植物學家經過不斷的研究發現，葉菊類植物在NaCl 、PEG和干旱條件的共同作用下，可以將 Ca的光合作用轉變成 CAM途徑。而誘導其過程產生的條件是 PEPCase 。經過植物學家的多次實驗得出結果：在被脅迫的條件下，PEPCase 、酶蛋白量以及mRNA這三者的含量變化是相同的，而PEPCase的表達是一個可逆的過程，可以在轉錄的過程中調節mRNA的穩定程度。但是這些改變只有在葉菊的生長達到合適的階段才會發生。

2.淹水或無氧中的糖酵解。

在淹水或無氧的條件下，植物也要維持其所需要的能量。有植物學家對玉米在無氧環境中的蛋白質的改變情況進行了研究，發現其蛋白質的合成有兩種方式，一是過渡多肽，另一種是厭氧多肽。前者會在厭氧的前五小時內形成，并且會以較快的速度增長，五小時后就會開始下降并在短時間內降到最低水平；后者會在缺氧后1.5-72小時內生成，細胞死亡時才會開始降低。不斷的研究證明，厭氧多肽中存在糖轉化所需要的酶類，這些酶在淹水以及無氧的情況下可以為植物的生長提供相關能量，也可以誘導乙醇的發酵來避免酸中毒現象的產生。

二、滲透調節及其相關物質的積累。

1.滲透調節情況下蛋白和基因的運輸。

trk和kdp是影響鉀離子轉運蛋白質的基因，與之對應的編碼蛋白就是Trk 和Kdp，這兩種都是與膜結合后的親和蛋白質，尤其是 Kdp，它與蛋白質的親和力是最高的，可以促進鉀離子由細胞外進入到細胞內。陽性鉀離子在細胞內積累到一定濃度時，就會打破細胞內電荷的平衡，因此需要不帶凈電荷的物質來進行調節，保證電荷的平衡。

2.滲透調節情況下物質的合成酶以及基因。

谷氨酸可以在相關酶類的共同作用下合成脯氨酸，正常條件下植物內所含的脯氨酸對其合成酶有一定的抑制作用，而且在脅迫條件下，其酶活性會大大降低。有科學家對其進行了深入的研究，不僅能夠證明脯氨酸在脅迫條件下的重要作用，而且為科學家對高等植物進行類似的研究打下了良好的基礎。在研究中發現高級植物中所存在的鉀離子可以促進脯氨酸的合成，但具體機制仍不太清楚。甜菜堿作為有機溶質之一，在葉綠體中可經二次脫氫后形成甜菜堿。在此轉化過程中起到重要作用的激化酶BADH近年來也備受關注，經過研究發現其數量的增加可以使酶的活性成倍的增強，對植物可逆性研究有著重要的作用。

三、逆境中蛋白的誘導和作用

植物內部的蛋白在逆境條件下會受到抑制，但是其也會產生新的蛋白。最早發現的蛋白是高溫下產生的熱激蛋白，以后又有其他蛋白產生，這些蛋白的功能雖然還不清楚，但科學家們對其可能產生的作用做了以下預測：

1.可以在適應中儲存蛋白。

科學家們在近期對煙草懸浮液的研究中發現，脅迫條件下可初步形成一種有適應性的儲存蛋白，但是在種子里卻沒有這種物質。Osmotin作為一種陽離子蛋白，可以在有鹽的環境中生存，分別可溶性和顆粒性兩種。在沒有鹽的培養過程中，鹽適應細胞也會產生一些陽離子蛋白，這些蛋白大多數存在于液泡和液泡膜上，科學家特地對其進行深入的研究。

2.逆境蛋白與酶抑制蛋白的相同點。

植物內部有很多可以抑制酶蛋白的物質，這些物質大多為多肽，植物遭到外界破壞時其含量會大幅增加，從而保護植物。玉米中能夠抑制蛋白的物質在植物受到損害時也會含量增加保護植物，提高植物的防御能力。部分科學家將這種蛋白與氨基酸進行類比來推測逆境蛋白的作用，研究結果顯示它們的同源性可以達到58%。

3.重金屬結合蛋白。

由于動物體內含有的金屬硫蛋白有很好的解毒作用，所以，科學家們根據這個對植物也進行了類似的研究。最初從豆類等植物中發現了能夠與鈣離子結合的蛋白，通過分析這些蛋白的性質與動物體內的硫蛋白相似，但也有一些不同之處，因此被稱為類金屬硫蛋白。植物中還有一種蛋白叫做植物螯合肽，這兩種蛋白都能夠誘導金屬離子并與之結合，使得細胞內的金屬離子濃度降低，起到解毒的作用。

總結：

文章通過對于分析植物的代償變化、滲透調節以及誘導蛋白的功能作用，對植物在逆境和脅迫條件下的生長進行了研究，并根據研究結果對其可能起到的作用進行了預測。以后還會對于這一課題進行深入的研究，以盡早的解決植物的逆性生長問題，為解決全球性的糧食問題做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1]王玉珍，蔡麗平，周垂帆，侯曉龍，鄒顯花.先鋒植物類蘆抗逆性及其應用[J].前植物生產層，2017（8）.

[2]繆穎，伍炳華.植物抗逆性的獲得與信息傳導[J].專題介紹，2001（1）.

[3]張偉珍，古麗君，段廷玉.AM真菌提高植物抗逆性的機制[J].前植物生產層，2018（3）.

作者簡介：

洪子茜（1996.09- ），女，漢族，福建南安人，四川師范大學生命科學學院在校學生，研究方向為微生物以及植物抗逆生理。