锌对铁胁迫下小麦幼苗脯氨酸代谢的影响
杨颖丽,段晓晖,丁 凡,魏 静，许富强
【摘 要】摘要：以西旱3号小麦幼苗为供试材料，研究了不同浓度ZnCl2(50,250 μmol·L-1及2 mmol·L-1)对300 μmol·L-1 FeCl3胁迫下小麦幼苗脯氨酸含量以及脯氨酸代谢途径关键酶活性的影响.结果发现:单独Fe处理下小麦根、叶脯氨酸含量与鸟氨酸转氨酶(OAT)活性显著升高，而脯氨酸脱氢酶(PDH)与谷氨酸激酶(GK)活性均降低;不同浓度Zn的使用减少了Fe处理下小麦根叶脯氨酸积累、降低了OAT和GK活性；50或250 μmol·L-1 Zn与Fe复合处理下根、叶PDH活性与单独Fe处理相比升高，而2 mmol·L-1 Zn与Fe复合处理抑制了叶PDH活性.结果表明，Fe处理诱导小麦根叶脯氨酸含量的升高与OAT活性的升高及PDH活性的降低有关；Zn的使用减少了Fe胁迫下小麦根叶中脯氨酸的积累，这可能与Zn与Fe复合处理下OAT活性的降低及PDH活性的升高有关.
【期刊名称】西北师范大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2014(000)006 【总页数】6
【关键词】锌；铁；小麦;脯氨酸
铁(Fe)和锌(Zn)是许多生理代谢过程相关酶所必需的部分，对于植物的生长和发育至关重要.其中，铁作为细胞色素和非血红素铁蛋白的组成元素，对植物中许多重要生理过程具有重要作用，锌具有保护蛋白质和生物膜结构稳定、维持质膜的完整性以及渗透性稳定的功能[1,2]，但是高浓度的重金属积累会对植物产生毒害作用[3].脯氨酸作为一种渗透调节物质，能维持细胞内外水势平衡，还
可作为自由基清除剂、膜的稳定剂和细胞质内酶的保护剂，对保护植物细胞免受重金属胁迫伤害具有重要的作用[4].植物体内脯氨酸的积累受到合成和分解两方面的影响.鸟氨酸途径(Orn)和谷氨酸途径(Glu)是脯氨酸合成的两条重要途径，这两条途径中的关键酶分别是鸟氨酸转氨酶(OAT)及谷氨酸激酶(GK)[5].植物体内脯氨酸的降解代谢基本是谷氨酸途径的逆转，脯氨酸首先在线粒体中被脯氨酸脱氢酶(PDH)氧化成吡咯琳-5-羧酸(P5CS)，后者在吡咯琳-5-羧酸酶(P5CDH)的作用下生成谷氨酸(Glu)，作为此过程的第一个限速酶，PDH的基因能被脯氨酸诱导表达[6].文献报道，植物中脯氨酸的积累是谷氨酸途径或者鸟氨酸途径的生物合成和降解作用共同作用的结果[7].
小麦(Tritium aestivum L)对重金属具有较高的敏感性，是全世界主要的粮食作物[8].高等植物幼苗毒理实验可用于评价土壤污染和化学药品对高等植物的毒害作用[9].目前，尽管有研究关注Zn与Fe对小麦幼苗脯氨酸含量及相关代谢的影响，但大多集中于某种金属的单独胁迫作用.本实验以西旱3号小麦为材料，研究不同浓度Zn对Fe胁迫下小麦幼苗脯氨酸含量及其代谢关键酶活性的影响，试图探明锌与铁胁迫下小麦脯氨酸的代谢机理，为深入了解和认识小麦抗重金属污染的生理生化机制提供依据.
1 材料与方法
1.1 植物材料的培养
选取均匀一致、籽粒饱满的小麦种子(西旱3号，购自甘肃省农业科学院)，用0.1% 的HgCl2表面消毒10 min，流水冲洗后，暗中萌发24 h，萌发的种子种植于培养皿中，并置于(24±2) ℃,12 h/12 h(光照/黑暗)和300 μmol·m-2·s-1光照强度的培养箱中培养，定期浇水.依据预实验的结果，分别用含有300
μmol·L-1Fe(FeCl3·6H2O)，50 μmol·L-1Zn(ZnCl2)+Fe(300)，250 μmol·L-1Zn+Fe(300)，2 mmol·L-1Zn+Fe(300)的1/4 Hoagland营养液胁迫处理小麦幼苗，对照用1/4 Hoagland营养液，每种处理3个重复，待幼苗生长6 d后，取材用于实验指标的检测. 1.2 脯氨酸含量的测定
脯氨酸含量的测定参照Bates等[10]的方法.0.5 g 小麦材料加入3% 的磺基水杨酸冰浴研磨，沸水浴10 min，15 000 r·min-1离心15 min后取上清液0.25 mL，加入3% 磺基水杨酸、1 mL冰乙酸和2.5% 的茚三酮.95 ℃水浴60 min后用4 mL甲苯萃取，取萃取液在520 nm处测其吸光值.以脯氨酸溶液做标准曲线并计算脯氨酸含量，单位为μg·g-1鲜重(FW). 1.3 OAT活性的测定
鸟氨酸转氨酶(OAT)活性的检测参照Kim等[11]的方法.0.5 g小麦材料加入100 mmol·L-1磷酸缓冲液(PBS，pH 7.9，含1 mmol·L-1 EDTA、15%甘油和10 mmol·L-1 β-巯基乙醇)冰浴研磨，13 000 r·min-1离心15 min，提取的上清液即为酶液.向反应液50 mmol·L-1Tris-HCl(pH 8.0，含有10 mmol·L-1L-鸟氨酸，5 mmol·L-1α-酮戊二酸和0.05 mmol·L-1磷酸吡哆醛)中加入适量酶液，37 ℃水浴20 min后，加入高氯酸和2% 的茚三酮，沸水浴5 min终止反应.将上述混合物经11 000 r·min-1离心30 min后，取沉淀加入无水乙醇使其溶解，测定510 nm处的光吸收值.OAT活性用U·mg-1蛋白(protein)表示.
1.4 GK活性的测定
谷氨酸激酶(GK)活性的测定参照Smith等[12]的方法.1 g小麦材料加入TD缓
锌对铁胁迫下小麦幼苗脯氨酸代谢的影响
