第一篇：植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)及其研究進(jìn)展

植物對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)及其研究進(jìn)展

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摘要：植物在經(jīng)受干旱脅迫時(shí)，通過細(xì)胞對(duì)干旱信號(hào)的感知和傳導(dǎo)，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，產(chǎn)生新蛋白質(zhì)，從而引起大量形態(tài)、生理和生化上的變化．干旱脅迫對(duì)植物在細(xì)胞、器官、個(gè)體、群體等水平的形態(tài)指標(biāo)有顯著影響，也會(huì)影響其光合作用、滲透調(diào)節(jié)、抗氧化系統(tǒng)等生理生化指標(biāo)．植物對(duì)干旱脅迫分子響應(yīng)較復(fù)雜，包括合成一些新的基因如NCED、Dehydrin基因和CBF、DREB等轉(zhuǎn)錄因子．另外，干旱脅迫還能造成蛋白質(zhì)組學(xué)的變化．

關(guān)鍵詞干旱脅迫；生態(tài)響應(yīng) ；生理機(jī)制 ；研究進(jìn)展

干旱作為影響作物生長發(fā)育、基因表達(dá)、分布以及產(chǎn)量品質(zhì)的重要因素之一，嚴(yán)重限制了作物的大面積擴(kuò)展。植物對(duì)干旱的適應(yīng)能力不僅與干旱強(qiáng)度、速度有關(guān)，而且更受其自身基因的調(diào)控。在一定干旱閥值（drought threshold）脅迫范圍內(nèi)，很多植物能夠進(jìn)行相關(guān)抗旱基因的表達(dá)，隨之產(chǎn)生一系列生理、生化及形態(tài)結(jié)構(gòu)等方面的變化，從而顯現(xiàn)出抗旱性的綜合性狀。因此，從植物本身出發(fā)，深入研究植物的抗旱機(jī)理，揭示其抗旱特性，提高植物品種的抗旱耐旱能力，以降低作物栽培的用水量，同時(shí)最大程度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，科學(xué)選育適宜廣大干旱、半干旱地區(qū)種植的優(yōu)良作物品種，已成為國內(nèi)外專家學(xué)者們所特別關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問題，對(duì)于水資源的合理利用和生態(tài)環(huán)境的改善均有著重要的意義。

目前，生存資源、環(huán)境與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾日益突出，這就要求人們更應(yīng)高度重視農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)過程中作物逆境生物學(xué)的基礎(chǔ)研究。

一、植物抗旱基因工程研究新進(jìn)展

（一）與干旱脅迫相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子研究

通過轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)基因來提高植物脫水脅迫的耐性是一條十分誘人的途徑．由于在逆境條件下，這些逆境相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，能與順式作用重復(fù)元件結(jié)合，從而調(diào)節(jié)這些功能基因的表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，它們?cè)谵D(zhuǎn)基因植物中的過量表達(dá)會(huì)激活許多抗逆功能基因的同時(shí)表達(dá)．脅迫誘導(dǎo)基因能增強(qiáng)脅迫反應(yīng)的耐力，不同的轉(zhuǎn)錄因子參與脅迫誘導(dǎo)基因的調(diào)控．遺傳研究已經(jīng)鑒

定了很多轉(zhuǎn)錄因子操縱脅迫反應(yīng)的調(diào)控．最近的研究進(jìn)展是在干旱脅迫下基因表達(dá)的復(fù)合調(diào)控 ．植物轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子的AP2／ERF家族至少包含一個(gè)拷貝的DNA結(jié)合域，叫AP2域．AP2域是植物特定的、在不同的植物中都有同源性 ．

（二）與脫落酸(ABA)生物合成相關(guān)酶的基因——（NCED）研究

作為一種植物激素，ABA在植物生命周期的很多階段都發(fā)揮重要作用，包括種子的形成和萌芽以及植物對(duì)各種環(huán)境脅迫的反應(yīng)，因?yàn)檫@些生理過程和內(nèi)源ABA水平相關(guān)，ABA的生物合成使得這些生理過程得以說明．脫落酸在干旱脅迫下調(diào)控基因表達(dá)，一旦ABA水平升高，信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制被激活，刺激基因表達(dá)．ABA在植物適應(yīng)水分脅迫中具有重要作用 ．

（三）與干旱脅迫直接相關(guān)的誘導(dǎo)基因研究

在干旱脅迫條件下，植物會(huì)特異地表達(dá)一些基因，通過研究這些被干旱脅迫所誘導(dǎo)的基因可能找到植物對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)及抵御機(jī)理，并為植物抗旱基因工程提供理論支持，避免抗性分子育種的盲目性．例如：在擬南芥中的兩個(gè)基因rd29A和rd29B能被干旱、低溫和高鹽或外源ABA誘導(dǎo)．rd29A在脫水和高鹽條件下能作m快速反應(yīng)，但對(duì)ABA反應(yīng)沒有響應(yīng)．rd29A在脫水、高鹽、和低溫下能延遲rd29B的誘導(dǎo) ．

（四）與干旱脅迫相關(guān)的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)組學(xué)研究

植物適應(yīng)逆境脅迫的一個(gè)重要策略是即時(shí)大量合成許多脅迫誘導(dǎo)蛋白．干旱誘導(dǎo)蛋白是指植物在受到干旱脅迫時(shí)新合成或合成增多的一類蛋白．逆境誘導(dǎo)蛋白對(duì)植物的逆境適應(yīng)起保護(hù)作用，它們的誘導(dǎo)是植物對(duì)環(huán)境的一種適應(yīng)，可以提高植物的耐脅迫能力．胚胎發(fā)生后期，富集蛋白(LEA)在逆境脅迫下能被誘導(dǎo)并迅速大量合成，參與植物的防御代射．LEA蛋白可以解決在嚴(yán)重脫水的情況下，植物因失水導(dǎo)致的細(xì)胞組分的晶體化，破壞細(xì)胞的有序結(jié)構(gòu)的問題．LEA蛋白被構(gòu)建成伸展?fàn)顟B(tài)而不是折疊成球狀，使它具有高的親水性，LEA蛋白的這些由柬水作用組成的優(yōu)點(diǎn)加上它們高的細(xì)胞內(nèi)濃度和它們的表達(dá)方式，可以維持特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者通過少量的水分需求而適應(yīng)干旱脅迫的影響．

二、干旱脅迫對(duì)植物的生理傷害

（一）干旱脅迫對(duì)植物生長指標(biāo)的影響

1、干旱脅迫對(duì)根系活力的影響

植物根系的活力是體現(xiàn)植物根系吸收功能、合成能力、氧化還原能力以及生長發(fā)育情況的綜合指標(biāo)，能夠從本質(zhì)上反應(yīng)植物根系生長與土壤水分及其環(huán)境之間的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，因此，保證一個(gè)深層、分散、具有活力的根系是植物耐旱避旱的重要因素之一。

2、干旱脅迫對(duì)葉片相對(duì)含水量的影響

水是植物的血液，其含量一般占組織鮮重的65% ～ 90%。葉片的相對(duì)含水量（RWC）表征植物在遭受干旱脅迫后的整體水分虧缺狀況，反映了植株葉片細(xì)胞的水分生理狀態(tài)。因此，RWC 常常是被用來衡量植物抗旱性的生理指標(biāo)。RWC 比單純的含水量更能較為敏感地反映植物水分狀況的改變，在一定程度上反映了植物組織水分虧缺程度。在干旱脅迫條件下，土壤中的可利用水減少，導(dǎo)致根系吸水困難，相對(duì)含水率降低。

（二）干旱脅迫對(duì)植物光合作用的影響

綠色植物的光合作用是自然界中規(guī)模最大的碳素同化作用，是植物物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量形成的重要生理過程，同時(shí)也是受干旱脅迫影響最為顯著的生理過程之一。沒有水，光合作用就無法進(jìn)行。

1、干旱脅迫對(duì)光合速率的影響

干旱脅迫下，光合速率的下降是氣孔限制和非氣孔限制雙重作用的結(jié)果，輕度干旱脅迫下氣孔限制是光合速率下降的主要原因，而嚴(yán)重干旱脅迫下非氣孔因素是光合速率下降的主要原因。

2.干旱脅迫對(duì)葉綠素含量的影響

葉綠體是綠色植物葉片進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，主要利用葉綠素進(jìn)行光能吸收、傳遞與轉(zhuǎn)換，葉綠素在植物體內(nèi)是不斷進(jìn)行代謝的，與作物光合作用及產(chǎn)量形成的關(guān)系密切。葉綠素是光合作用中最重要和最有效的色素，其含量在一定程度上能反映植物同化物質(zhì)的能力，從而影響植物的生長。植物缺少水分會(huì)抑制葉綠素的生物合成，而且與蛋白質(zhì)合成受阻有關(guān)，嚴(yán)重缺水還會(huì)加速原有葉綠素的分解，因此植物在遭受干旱時(shí)，葉片呈黃褐色。

（三）干旱脅迫對(duì)植物生長過程中氮代謝的影響、干旱脅迫對(duì)硝酸還原酶（NR）的影響

硝酸還原酶（nitrate reductase，NR）可催化植物體內(nèi)的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，是硝酸鹽同化中第一個(gè)酶，也是限速酶。作為植物氮代謝的關(guān)鍵酶，其活性大小反映了作物對(duì)氮素的利用速度，水分脅迫下NR 活性和作物生長發(fā)育有密切關(guān)系。對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)有重要影響。在正常情況下，植物物體內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生硝酸鹽積累。但在干旱條件下，由于水分脅迫減弱了酶的合成速度導(dǎo)致植株中硝酸鹽積累過多，從而發(fā)生毒害作用。研究表明：干旱脅迫會(huì)使NR 活性急劇降低，抗旱品種的NR 活性高于不抗旱品種。、干旱脅迫對(duì)蛋白質(zhì)組分的影響

在干旱條件下，植物體內(nèi)代謝產(chǎn)生變化與調(diào)整，引起活性氧的積累，進(jìn)而導(dǎo)致脂過氧化和蛋白質(zhì)（酶）、核酸等分子的破壞，植物自身為了避免脅迫造成的傷害，會(huì)誘導(dǎo)產(chǎn)生某些

抗逆性蛋白質(zhì)

（四）干旱脅迫對(duì)植物生長過程中氧代謝的影響

在長期的進(jìn)化過程中，植物形成了受遺傳性制約的逆境適應(yīng)機(jī)制。氧代謝在這些適應(yīng)性機(jī)制中占據(jù)重要位置，是植物對(duì)逆境脅迫的最基本的反應(yīng)。干旱誘導(dǎo)脂過氧化是造成植物細(xì)胞膜受到損傷的關(guān)鍵因素，而膜損傷又是導(dǎo)致植物組織傷害和衰老的重要誘導(dǎo)因素，但植物在遭受水分脅迫時(shí)可以啟動(dòng)保護(hù)酶系統(tǒng)來有效地防御和清除自由基保護(hù)細(xì)胞免受氧化傷害。

1、干旱脅迫對(duì)氧自由基的影響

正常情況下，植物體細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生的清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。但是當(dāng)植物處于干旱條件下及衰老時(shí)，植物細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生和清除代謝的平衡受到破壞，使活性氧自由基的產(chǎn)生占據(jù)主導(dǎo)地位從而導(dǎo)致自由基含量過多積累且超過閾值，進(jìn)而引發(fā)或加劇了細(xì)胞的膜脂過氧化，給植物體造成傷害、干旱脅迫對(duì)保護(hù)酶及丙二醛（MDA）影響

MDA 是植物細(xì)胞膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一，并且是最終分解產(chǎn)物，在干旱脅迫時(shí)，植物體內(nèi)活性氧自由基大量產(chǎn)生，進(jìn)而引發(fā)加劇了膜過氧化產(chǎn)生丙二醛，造成植物細(xì)胞膜系統(tǒng)受到破壞。

三、植物對(duì)干旱脅迫的生理生態(tài)響應(yīng)

植物受到干旱脅迫時(shí)能做出多種抗逆性反應(yīng)，包括氣孔調(diào)節(jié)、pH調(diào)節(jié)、滲透調(diào)節(jié)、脫水保護(hù)以及活性氧清除等 ．植物在經(jīng)受干旱脅迫時(shí)，通過細(xì)胞對(duì)干旱信號(hào)的感知和轉(zhuǎn)導(dǎo)、調(diào)節(jié)基因表達(dá)、產(chǎn)生新蛋白質(zhì)從而引起大量的生理和代謝上的變化 ．比較常見的是：光合速率降低，代謝途徑發(fā)生改變，可溶性物質(zhì)累積，脯氨酸、甜菜堿 通過各種途徑被合成，一些體內(nèi)原來存在的蛋白質(zhì)消失、分解，同時(shí)產(chǎn)生包括參與各種代謝調(diào)節(jié)相關(guān)的酶．干旱脅迫容易引起光能過剩，過剩的光能會(huì)對(duì)光合器官產(chǎn)生潛在的危害．依賴于葉黃素循環(huán)的熱耗散是光保護(hù)的主要途徑，同時(shí)酶促及非酶促系統(tǒng)也是防止光合器官破壞的重要途徑 ．

四、干旱傷害植物的機(jī)理

干旱對(duì)植物的影響通常易于觀察，如植株部分敏感器官萎蔫。萎蔫的實(shí)質(zhì)是因?yàn)槿彼畬?dǎo)致植株內(nèi)部組織、細(xì)胞等結(jié)構(gòu)發(fā)生了物理或化學(xué)變化，如膜的結(jié)構(gòu)和透性改變。由于結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致代謝過程受阻，如光合作用抑制、呼吸作用減慢，蛋白質(zhì)分解，脯氨酸積累，核酸代謝受阻，激素代謝途徑改變等。植物體內(nèi)水分分配出現(xiàn)異常，抑制植物生長，更為嚴(yán)重的是引起植株機(jī)械性損傷，導(dǎo)致植株死亡。

五、啟示與展望

干旱脅迫常常影響植物的生長發(fā)育，造成作物嚴(yán)重減產(chǎn)，對(duì)農(nóng)作物造成損失在所有的非生物脅迫中占首位，僅次于病蟲害造成的損失。隨著淡水資源的日益匱乏，干旱已經(jīng)成為全球各國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上面臨的嚴(yán)峻問題。因此，深入了解干旱脅迫對(duì)植物的傷害機(jī)理及植物細(xì)胞對(duì)干旱脅迫的應(yīng)答反應(yīng)愈來愈成為國內(nèi)外植物生理學(xué)專家學(xué)者關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。從目前對(duì)干旱脅迫下作物生長的研究進(jìn)展看來，作物對(duì)缺水環(huán)境會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)和抗旱機(jī)制。隨著分子和基因組時(shí)代的到來，近年來對(duì)植物抗旱性的研究也已經(jīng)深入到了分子水平，在植物抗旱生理方面的研究也已經(jīng)取得了較大的成就。許多與脅迫相關(guān)的基因及其調(diào)控因子已通過現(xiàn)代基因分離技術(shù)得到鑒定，并且利用各種現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)成功克隆一批能有效地提高植物的滲透調(diào)節(jié)能力、增強(qiáng)植物的抗逆性的基因。例如各種經(jīng)脅迫誘導(dǎo)表達(dá)的大量調(diào)控性基因和功能性基因。日益增加的研究結(jié)果表明植物中存在一個(gè)脅迫反應(yīng)體系，對(duì)不同環(huán)境脅迫的交叉響應(yīng)可能是由共同的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑介導(dǎo)的。例如有研究表明：在一定的干旱脅迫強(qiáng)度之下有些植物能夠通過信號(hào)傳導(dǎo)作用，調(diào)控與抗旱有關(guān)的基因表達(dá)，隨之產(chǎn)生一系列的形態(tài)、生理生化及生物物理等方面的變化以達(dá)到抵抗逆境的目的，顯示出抗旱力，但研究成果之間彼此較獨(dú)立。因此，應(yīng)該把重點(diǎn)放在以下幾個(gè)方面：

（一）、研究如何實(shí)際應(yīng)用且有利于控制土壤水分狀況的田間操作，以及如何把基因工程手段與傳統(tǒng)的栽培技術(shù)結(jié)合起來等方面。

（二）、在穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的前提下，以培育抗旱性較強(qiáng)的作物品種為重點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)作物耐旱、抗旱機(jī)理及其應(yīng)用的發(fā)掘和創(chuàng)新，抗旱遺傳基因的研究。如將組織培養(yǎng)和植物再生技術(shù)、種質(zhì)資源保存技術(shù)等應(yīng)用在作物品種資源的保存上；深入研究作物的基因克隆與表達(dá)分析；通過花藥培養(yǎng)與單倍體培育、RFLP 標(biāo)記、SSR 標(biāo)記、AFLP 標(biāo)記等分子標(biāo)記核技術(shù)進(jìn)行作物育種。

（三）、利用現(xiàn)代的生物基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同物種之間抗旱基因的轉(zhuǎn)移，應(yīng)用基因技術(shù)改良作物品質(zhì)以及進(jìn)行轉(zhuǎn)基因抗性育種的研究，協(xié)調(diào)干旱脅迫與其它植物生長條件的關(guān)系，建立抗旱節(jié)水栽培新技術(shù)體系以及探索植物究竟在何種程度的水分狀況下各項(xiàng)生理生化指標(biāo)和水分利用效率達(dá)到最優(yōu)應(yīng)是今后研究的目標(biāo)。特別是分子生物學(xué)、植物逆境生理學(xué)、基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及生物信息學(xué)等相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，全面的解釋了植物的抗逆機(jī)制，有效地從種質(zhì)資源中發(fā)掘抗性基因，從而培育出優(yōu)質(zhì)的抗旱品種。

第二篇：植物反應(yīng)器研究進(jìn)展

植物反應(yīng)器研究進(jìn)展

摘要：以轉(zhuǎn)基因植物作生物反應(yīng)器生產(chǎn)外源蛋白，包括抗體、疫苗、藥用蛋白等具很強(qiáng)的優(yōu)越性，目前已成為國內(nèi)外基因工程研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。植物系統(tǒng)具有低成本、安全和易規(guī)模化優(yōu)勢(shì)，其表達(dá)生物活性藥用蛋白能力已被許多研究所證實(shí)；同時(shí)，植物藥用蛋白產(chǎn)品還表現(xiàn)出潛在的市場(chǎng)和廣闊應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：植物、生物反應(yīng)器、外源蛋白

1前言

隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的要求也越來越高?，F(xiàn)代生物技術(shù)，尤其是農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)全球現(xiàn)有的農(nóng)作物種植和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生重要影響，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品對(duì)人類的服務(wù)功效及市場(chǎng)競(jìng)爭力，增加農(nóng)民的收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過轉(zhuǎn)基因用植物體表達(dá)外源蛋白(包括疫苗、抗體、藥用蛋白)已成為植物基因工程領(lǐng)域內(nèi)一個(gè)研究的熱點(diǎn)，正在逐步形成產(chǎn)業(yè)化，具有極大的市場(chǎng)前景和商業(yè)價(jià)值。植物生物反應(yīng)器就是利用植物這個(gè)系統(tǒng)，包括植物細(xì)胞、組織器官以及整株植物為工廠，來生產(chǎn)具有商業(yè)價(jià)值的生物制品，包括疫苗、抗體、藥用蛋白等[1]。目前，已用于生物反應(yīng)器的植物有煙草、擬南芥、大豆、小麥、水稻、玉米、油菜、馬鈴薯、番茄等[2]。

生物技術(shù)特別是在基因工程研究領(lǐng)域內(nèi)的快速進(jìn)展使人類進(jìn)一步拓寬了植物的應(yīng)用范圍。國外發(fā)達(dá)國家特別是美國采用植物生物反應(yīng)器這種“分子農(nóng)業(yè)” 的方法，已經(jīng)成功地生產(chǎn)出多種高新生物技術(shù)產(chǎn)品，包括特殊的飽和或不飽和脂肪酸、改性淀粉、環(huán)糊精或糖醇、次生代謝產(chǎn)物、工農(nóng)業(yè)用酶以及一些高經(jīng)濟(jì)附加值的藥用蛋白多肽，一些研究機(jī)構(gòu)和公司已經(jīng)開始從這些產(chǎn)品生產(chǎn)中獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2植物生物反應(yīng)器簡介

生物反應(yīng)器是指利用生物系統(tǒng)大規(guī)模生產(chǎn)有重要商業(yè)價(jià)值的外源蛋白，用于醫(yī)療保健和

[4]科學(xué)研究。1982年首次成功地利用細(xì)菌生產(chǎn)重組胰島素，這一突破消除了大規(guī)模應(yīng)用胰島素的限制因素，但依賴微生物發(fā)酵和哺乳動(dòng)物培養(yǎng)生產(chǎn)商業(yè)蛋白體系成本高、規(guī)?；a(chǎn)困

[5]難，安全性較差。隨著DNA重組技術(shù)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，世界第一例轉(zhuǎn)基因植物在1983年成功誕生于美國的華盛頓大學(xué)。1989年哺乳動(dòng)物抗體在轉(zhuǎn)基因植物中首次成功表達(dá)，證實(shí)了植物作為生物反應(yīng)器的可行性。此后，植物生物反應(yīng)器研究逐漸興起。

2.1植物反應(yīng)器概念

廣義上講，植物生物反應(yīng)器是指以植物懸浮細(xì)胞培養(yǎng)、天然的或經(jīng)基因工程改良的植物細(xì)胞和組織，或整株植物為“工廠”大量生產(chǎn)具有藥用價(jià)值(如人類或動(dòng)物的疫苗、抗體)，或可作為工業(yè)原料的植物次生代謝產(chǎn)物、食品添加劑等重要應(yīng)用價(jià)值的蛋白或氨基酸。從狹義上講，植物生物反應(yīng)器是指以轉(zhuǎn)基因的整株植物為“工廠”來大量生產(chǎn)各種價(jià)值及附加值

[6]高的生物制品。

2.2植物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)

植物作為生物反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)有：(1)植物生產(chǎn)外源蛋白成本低，只需陽光、土壤、水分和肥料，而微生物發(fā)酵和動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)則需要昂貴的培養(yǎng)基，并且工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)需要嚴(yán)格控制培養(yǎng)條件，增加生產(chǎn)成本。(2)植物細(xì)胞能夠再生成植物，易于成活、生長周期短、易于快速篩選轉(zhuǎn)基因陽性植物、比構(gòu)建動(dòng)物生物反應(yīng)器省時(shí)、成功率更高。(3)轉(zhuǎn)基因植物

[7]通過自交得到的后代遺傳性狀穩(wěn)定，從而可以在植物體內(nèi)積累多基因。(4)植物可大規(guī)模

種植，產(chǎn)物貯藏在種子、果實(shí)、塊莖中，易于保存、運(yùn)輸，其中那些能直接食用的植物疫苗

不需特殊貯存條件。(5)植物生物反應(yīng)器能正確地表達(dá)、組裝復(fù)雜的蛋白質(zhì)，生產(chǎn)的蛋白活性高，很多復(fù)雜的蛋白質(zhì)在微生物系統(tǒng)中不能正確地翻譯、折疊、聚合，最終被降解或形成沒有活性的包涵體，而植物具有生產(chǎn)任何復(fù)雜蛋白的潛能性。(6)植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)外

[9]源蛋白更安全，植物體只表達(dá)部分免疫蛋白，不含致病微生物，沒有其他病原菌污染。

2.3植物反應(yīng)器的創(chuàng)建步驟

創(chuàng)建步驟可分為4個(gè)部分：① 外源目的基因在植物表達(dá)載體中的克隆及對(duì)植物細(xì)胞的轉(zhuǎn)化表達(dá)；② 轉(zhuǎn)化體系的再生和選擇；③重組蛋白的回收和純化；④終產(chǎn)物的鑒定。到目

[10]前為止，大多數(shù)的工作都集中在外源目的基因的克隆和表達(dá)方面。

3植物生物反應(yīng)器研究現(xiàn)狀

3.1植物反應(yīng)器平臺(tái)

利用DNA重組技術(shù)在植物系統(tǒng)中表達(dá)目標(biāo)生物活性分子—— 植物生物反應(yīng)器研究僅有近20年歷史；植物系統(tǒng)安全、低成本和易規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)使之成為目前重組蛋白生產(chǎn)主要系統(tǒng)之一。植物主流表達(dá)系統(tǒng)有3種：穩(wěn)定核基因組轉(zhuǎn)化、穩(wěn)定葉綠體基因組轉(zhuǎn)化和病毒瞬時(shí)轉(zhuǎn)化，三者各有優(yōu)勢(shì)，均有不足。核基因組轉(zhuǎn)化可以穩(wěn)定遺傳和具有較高級(jí)蛋白加工和修飾系統(tǒng)，不過外源蛋白表達(dá)水平低；葉綠體基因組轉(zhuǎn)化可以實(shí)現(xiàn)外源蛋白高效表達(dá)、穩(wěn)定遺傳(胞質(zhì))和轉(zhuǎn)基因花粉無逃逸風(fēng)險(xiǎn)，但無法完成復(fù)雜蛋白加工修飾，與原核生物類似；病毒

[11]瞬時(shí)轉(zhuǎn)化，操作程序簡單，也可以實(shí)現(xiàn)外源蛋白高效表達(dá)，但不能穩(wěn)定遺傳。

目前使用的植物平臺(tái)有雙子葉植物(擬南芥、胡蘿卜、羽扇豆、煙草、番茄、紫花苜蓿、葉用萵苣、大豆和馬鈴薯)、單子葉植物(玉米、大麥、小麥和水稻)、某些水生植物、藻類和苔蘚。

3.2疫苗生產(chǎn)現(xiàn)狀

將人體免疫機(jī)理與植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)相融合所生產(chǎn)出的能使機(jī)體獲得免疫功能的疫苗就是轉(zhuǎn)基因植物疫苗。轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)疫苗有兩種方式：一種是使用整株植物生產(chǎn)免疫蛋白，即注射疫苗，需要分離提純；一種是直接在植物的可食性器官中合成，即口服疫苗，無需分

[12]離提純，可直接食用。近幾年來已成功表達(dá)的有病毒疫苗、細(xì)菌疫苗、寄生蟲疫苗等。

3.3抗體生產(chǎn)現(xiàn)狀

將編碼全抗體或抗體片段的基因?qū)胫参?，在植物中表達(dá)出具有功能性識(shí)別抗原及結(jié)合特性的全抗體或部分抗體片段就是植物抗體。1989年，Hiatt克隆了小鼠的IgG基因?qū)藷煵?，再通過有性雜交獲得F1抗體，從此，植物抗體開始了迅猛的發(fā)展。目前成功表達(dá)的全抗體包括IgG1、IgA 和IgG1／IgA嵌合抗體以及Fab抗體；抗體片段包括抗精子微型抗

[13]體scFvl9和乙型腦炎抗體重鏈可變區(qū)等。

4植物生物反應(yīng)器存在問題及解決策略

4.1基因沉默或不穩(wěn)定表達(dá)

基因沉默指利用遺傳轉(zhuǎn)化方法導(dǎo)人并穩(wěn)定整合進(jìn)受體細(xì)胞中的完整的外源基因。在當(dāng)代轉(zhuǎn)化體或在其后代中表達(dá)受到抑制的現(xiàn)象。這就使轉(zhuǎn)入的基因在受體植物中往往不能穩(wěn)定表達(dá)，有時(shí)甚至完全不表達(dá)，其可以通過以下途徑解決：(1)探明影響植物基因表達(dá)的基因調(diào)控元件，加以修飾和開啟控制；(2)了解轉(zhuǎn)錄過程，以便在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行基因操作，提高轉(zhuǎn)錄效率；(3)研究翻譯過程，提高翻譯效率；(4)構(gòu)建一些新的植物高效表達(dá)系統(tǒng)，即各種

[14]載體及高效元件。

4.2蛋白表達(dá)含量低

多數(shù)轉(zhuǎn)基因植物通過自交后可以選擇出目的基因純合的后代，可以穩(wěn)定遺傳，使表型得以延續(xù)．但是大部分外源基因的表達(dá)水平在植物體內(nèi)不高，目前沒有得到很好的解決．但可以嘗試以下方法加以解決：(1)選擇合適的植物表達(dá)宿主是表達(dá)量高低的關(guān)鍵，煙草以其高的生物學(xué)產(chǎn)量和成熟的轉(zhuǎn)化步驟被廣泛用來表達(dá)各種藥物蛋白質(zhì)；而植物種子的定位表達(dá)[8]

是近幾年發(fā)展起來的另一有效途徑重組藥物蛋白質(zhì)專一定位在種子中表達(dá)可提高其表達(dá)量并且利于貯存和運(yùn)輸。(2)合理選擇啟動(dòng)子，添加有效的增強(qiáng)子元件，去除無效的抑制序列

[15]是外源基因高效表達(dá)的內(nèi)在因素。

4.3下游成本過高

盡管植物生產(chǎn)體系具有許多優(yōu)點(diǎn)，但如果產(chǎn)物需提純，其費(fèi)用還是比較昂貴的，因此有待降低下游生產(chǎn)成本，盡可能地避免或部分避免表達(dá)產(chǎn)物的純化，如用轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)直接口服疫苗。

4.4安全性問題

對(duì)于轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性目前存在著很大的爭議，尤其是在口服藥物和口服疫苗方面。公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的接受和認(rèn)可程度還不夠，從而使轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的市場(chǎng)化進(jìn)程受到影響。因此，一方面要加大宣傳普及力度，另一方面還要對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的潛在危險(xiǎn)性進(jìn)行充分評(píng)價(jià)，[16]開發(fā)清潔載體，防止目標(biāo)產(chǎn)物受到污染，同時(shí)還要制定相應(yīng)的安全和管理法規(guī)。

5展望

作物作為植物生物反應(yīng)器大量生產(chǎn)外源目的蛋白具有廣闊的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。全球生物技術(shù)飛速發(fā)展、生物產(chǎn)業(yè)不斷壯大，尤其是朝氣蓬勃的農(nóng)業(yè)生物技術(shù)已經(jīng)成為許多國家發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)，吸引著眾多投資，生物經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為國際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭的焦點(diǎn)，逐步形成為與工業(yè)經(jīng)濟(jì)、信息經(jīng)濟(jì)相對(duì)應(yīng)的新經(jīng)濟(jì)形態(tài)。據(jù)測(cè)算，到2020年全球生物技術(shù)市場(chǎng)將達(dá)到3萬億美元。這對(duì)于進(jìn)一步提高我國生物產(chǎn)業(yè)水平，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)更快、更好地發(fā)展具有重要的意義。生物經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，其市場(chǎng)空間可能是信息產(chǎn)業(yè)的l0倍，全球生物技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速。美國《時(shí)代》周刊預(yù)言，2020年世界將進(jìn)入生物經(jīng)濟(jì)時(shí)代，革命性的市場(chǎng)投放階段預(yù)計(jì)在2025年后到來，隨著對(duì)生物技術(shù)和生物產(chǎn)業(yè)的不斷深化認(rèn)識(shí)，大量的民營資產(chǎn)和民營企業(yè)意識(shí)到了的投資的巨大潛力。據(jù)中國保健協(xié)會(huì)《2006—2007中國生物產(chǎn)業(yè)投資分析報(bào)告》預(yù)測(cè)，到2015年我國生物制品銷售收入將會(huì)達(dá)到1100億元，植物生物反應(yīng)器低成本高產(chǎn)出的巨大前景吸引著越來越多的商業(yè)聚焦，一批以植物生物反應(yīng)器為技術(shù)支撐的新型制藥或生物技術(shù)公司紛紛建立起來，同時(shí)植物生物反應(yīng)器產(chǎn)品涉及百姓生活方方面面，囊括了醫(yī)藥、食品、保健等。推動(dòng)以作物為載體的植物生物反應(yīng)器技術(shù)的生物經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展，將會(huì)更好地加快我國未來生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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第三篇：鐵炮百合和東北百合響應(yīng)熱脅迫生理指標(biāo)測(cè)定

1.引言

1.1百合的簡述

1.1.1鐵炮百合和東北百合的分布

鐵炮百合（lilium

longiflorum）是屬于百合科（Liliaceae）百合屬（Lilium）的多年生植物，它性喜夏季風(fēng)涼濕潤氣候。5℃時(shí)，植株的生長處于障礙狀態(tài)；必須要在10℃以上，植株才能正常發(fā)展；但當(dāng)溫度超過25℃時(shí)，生長又處于障礙狀態(tài)，而且植株的花芽分化會(huì)受到嚴(yán)重影響，從而致使盲花。所以15℃-20℃最適于花芽分化及開花。種球在經(jīng)過低溫春化處理后，溫度越高，花芽分化也越早，而在低溫下種植，又會(huì)造成節(jié)間縮短、開花延遲等弊端，故10℃-20℃為栽培適溫。鐵炮百合產(chǎn)在中國臺(tái)灣，散布在日本琉球群島。東北百合是百合科百合屬植物的一種。這是一種喜愛地勢(shì)高、肥力強(qiáng)、排水良好腐殖質(zhì)土壤的百合，避免強(qiáng)光，空氣條件喜愛干燥，土壤稍微濕潤，易于在早期生長階段進(jìn)行管理。這是長白山雨季繁殖最困難的種屬之一[1-2]。東北百合產(chǎn)于中國吉林省、東北省和遼寧省，在山坡林下、路邊或溪旁都能看到東北百合的身影。

1.1.2鐵炮百合和東北百合的用途

園藝?yán)茫鸿F炮百合是一種色彩斑斕的花草，花具有香味，可作香料。也是一種淡雅有致，清香襲人的切花，用于裝潢給人以繁華文雅之感，很惹人喜愛；因常年栽植，產(chǎn)花量大，經(jīng)濟(jì)效益高，近年來栽植發(fā)展較快[3]。東北百合在植物形態(tài)上是獨(dú)特的，高大挺拔的身材，碩大而優(yōu)雅的花朵形狀，橘紅色的花被，它可以在森林或灌木叢中種植，它也可以種植在花壇中間的花壇中間，可以起到優(yōu)雅、精致的效果[4]。

藥用價(jià)值：鐵炮百合在秋、冬季節(jié)進(jìn)行采挖，除去地上部分，洗凈泥土，剝?nèi)△[片，用沸水燙過或微蒸之后曬干。而鮮鱗片，可以直接加工食用，有解毒、理脾健胃、寧心安神等功能。東北百合鱗莖甜，有潤肺止咳，舒緩神經(jīng)的功能。主治的病癥有肺結(jié)核、慢性咳嗽、痰中帶血、神經(jīng)衰弱、失眠等[2]。

1.1.3常見的病蟲害

病毒、細(xì)菌和害蟲都是百合花的常見危害，這可能會(huì)導(dǎo)致殺蟲劑的使用增加，并影響百合切花的質(zhì)量。干旱、金屬離子和高溫等逆境條件嚴(yán)重抑制百合生長發(fā)育,會(huì)引起百合植株生理生化、形態(tài)等方面的變化,甚至死亡。長期以來,病蟲害問題一直是困擾百合生產(chǎn)的主要問題之一，合成化學(xué)殺蟲、滅菌劑以及生物殺蟲、滅菌劑因其對(duì)生態(tài)環(huán)境有危害性，而常規(guī)抗病蟲害育種,因其周期長、效率低并且抗性資源有限,很難滿足當(dāng)前現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的要求，目前還不能從根本上有效地解決包括百合在內(nèi)的植物病蟲害問題。鐵炮百合的一重要用途為切花生產(chǎn)，在鐵炮百合切花的生產(chǎn)過程中，常見的病蟲害有以下幾點(diǎn)：灰霉病、根腐病以及線蟲等。對(duì)病蟲害的控制主要是基于“預(yù)防為主”的原則，因?yàn)橐坏┮爰膊?，切花的質(zhì)量就會(huì)降低，從而影響經(jīng)濟(jì)效益，所以在實(shí)際生活中，主要以定期使用農(nóng)藥的方式為主。在此之中特別是要防止灰霉病的發(fā)生，因此農(nóng)藥的配方應(yīng)主要以水和氣溶膠為基礎(chǔ)，防止由于農(nóng)藥的污染而導(dǎo)致切花的質(zhì)量降低。并且要經(jīng)常在農(nóng)間走動(dòng)，一旦發(fā)現(xiàn)病株要及時(shí)挖除并且銷毀，鐵炮百合的適應(yīng)性較強(qiáng)，目前我國引進(jìn)的品種還比較少，所以選擇的余地較小，但在品種的選擇上就要有講究，冬天選對(duì)光不敏感的品種，夏天選耐高溫的品種[4]。

1.2植物響應(yīng)熱脅迫的生理指標(biāo)

高溫脅迫是屬于環(huán)境脅迫之一，指環(huán)境因素的量接近或超過有機(jī)體、種群或群落的一個(gè)或多個(gè)忍耐極限時(shí)造成的脅迫作用。在眾多的脅迫因子中,溫度是影響植物生長的主要因素，近年來，全球氣溫升高，溫室效應(yīng)加劇，高溫已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要不利環(huán)境因素之一，植物的種植生產(chǎn)面臨著高溫脅迫的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

百合是一種具有代表性的觀賞百合，通常植物持續(xù)2周在夏季的自然高溫下就會(huì)停止細(xì)胞分裂。我國北方地區(qū)百合夏季生產(chǎn)困難的根本途徑，是想通過抗熱性育種,培育能在高溫下正常生長的百合品種。測(cè)定研究植物熱脅迫下生理生化指標(biāo),將有助于采取相應(yīng)措施減輕高溫危害,為園林觀賞植物的耐熱性研究尋找理論依據(jù)，為篩選抗高溫基因型植株提供有效的途徑。

1.2.1光合作用

光合作用是植物能量代謝和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，溫度對(duì)植物的光合作用有很大的影響。一般而言，高耐熱性的植物在高溫條件下能維持高光合速率，確保植物生長或生存需要，維持一個(gè)相對(duì)正常的生理狀態(tài)[5-6]。高溫之所以能夠降低植物的光合作用，主要是因?yàn)楦邷貙?duì)光合系統(tǒng)的各組分有影響。高溫會(huì)導(dǎo)致葉綠素的降解，導(dǎo)致CO2溶解度、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶與CO2的親和性，以及光合系統(tǒng)中關(guān)鍵組分的熱穩(wěn)定性降低。這些會(huì)影響植物的光合速率[7]。馬德華的研究小組使用了4種不同的耐熱的華北黃瓜作為材料，研究不同溫度下的光合作用變化。結(jié)果表明，四種不同類型黃瓜的葉綠素含量在高溫脅迫下顯著降低，其主要原因是葉綠素a減少。非氣孔因素是高溫脅迫后凈光合速率下降的主要原因。間隙CO2補(bǔ)償點(diǎn)與各個(gè)品系的耐高溫程度呈負(fù)相關(guān)，各個(gè)品系的光補(bǔ)償點(diǎn)也與耐高溫程度呈負(fù)相關(guān)[8]。由于耐熱品種相對(duì)于熱敏品種的敏感性較高，熱敏品種在高溫下的凈光合速率降低程度比耐熱品種高。細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的研究表明，葉綠體被膜在高溫下表現(xiàn)出不同程度的破壞和崩解，而類囊體結(jié)構(gòu)松散、無序，基質(zhì)層不清楚，表明高溫脅迫下葉綠體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐熱性是密切相關(guān)的[9]。

1.2.2脯氨酸

高溫逆境下氮素代謝失調(diào)是影響植物正常生長的重要原因。在正常情況下，植物的脯氨酸含量非常低，在逆境中脯氨酸含量會(huì)顯著增加。一般來說，植物的抗逆性與脯氨酸的積累呈正相關(guān)。孟煥文研究表明,三個(gè)黃瓜品種的脯氨酸含量是隨著溫度的增加而增加的，由于因?yàn)楦彼峥赡軙?huì)參與滲透調(diào)節(jié)，所以能夠檢測(cè)到高溫下葉肉細(xì)胞持水量的增加,耐熱品種的脯氨酸含量增加的程度比起不耐熱的品種來說要大得多，這樣的結(jié)果表明了，脯氨酸可以提高細(xì)胞的抗脫水能力，并揭示了脯氨酸作為鑒定大白菜耐熱性的生化指標(biāo)的可能性[10]。王鳳蘭等人以不同抗熱性的麝香百合基因型K1-1、K2-7、K1-2、F1、K2-2、Wforest、G、Wfox為材料，研究高溫脅迫下幼苗的生理生化變化，其中,團(tuán)隊(duì)得出了一下的結(jié)論，脯氨酸的含量會(huì)隨著溫度的增加而增加，而且增加的程度會(huì)因?yàn)闇囟鹊母淖兌淖儯?2℃以后脯氨酸含量增加程度越來越大，而且每個(gè)基因型的差異性明顯變大，其中K1-1和K2-7這兩種基因型的脯氨酸含量的增幅比較大,這樣可以說明這兩種基因型的抗熱性較強(qiáng)，基因型為Wforest和Wfox的品種的脯氨酸含量的增加較小，說明這兩種基因型耐熱性較弱，其余的基因型在中間，因此可以解釋高溫脅迫對(duì)百合幼苗脯氨酸含量的影響，隨著處理溫度的增加，百合幼苗脯氨酸含量增加，但會(huì)因?yàn)榛蛐偷牟煌黾臃炔煌琜11]。大量研究表明，脯氨酸常作為植物響應(yīng)熱脅迫的鑒定生理指標(biāo)，是因?yàn)楦彼崮芴岣咴|(zhì)膠體的穩(wěn)定性，從而防止植物水分流失，耐熱性植物種類會(huì)比耐熱品種積累更多的脯氨酸，而且持續(xù)時(shí)間長。

1.2.3可溶性蛋白

可溶性蛋白是植物重要的營養(yǎng)物質(zhì)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，他們的增加能提高細(xì)胞的保水能力，對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用，高溫下植物可溶性蛋白的含量與植物的耐熱性有關(guān)，所以也經(jīng)常被用作植物篩選抗性的指標(biāo)之一。孟煥文以3個(gè)不同耐熱性黃瓜品種為材料，研究其在4葉期和芽期對(duì)熱脅迫的生理反應(yīng),并進(jìn)行了耐熱性鑒定指標(biāo)的篩選，在研究到高溫脅迫對(duì)可溶性蛋白的影響時(shí)，他提出與28℃相比，中耐熱、弱耐熱品種的可溶性蛋白含量在38℃增加，在強(qiáng)耐熱品種中可溶性蛋白含量處于相對(duì)穩(wěn)定的水平，用42℃的溫度處理了36h后，強(qiáng)耐熱品種的可溶性蛋白含量增加，而中耐熱、弱耐熱品種中的可溶性蛋白含量與38℃相比都在下降，而且越不耐熱的品種減少的幅度越大，從結(jié)果分析可以得出，可能因?yàn)闊崦{迫誘導(dǎo)了熱激蛋白的合成，所以能夠檢測(cè)出這幾個(gè)品種可溶性蛋白含量和品種耐熱能力是一致的，因此他得出結(jié)論,在42℃溫度脅迫

36h后,可溶性蛋白含量可作為黃瓜耐熱性鑒定指標(biāo)之一[10]。李曉峰團(tuán)隊(duì)將耐熱性不同的大白菜幼苗放在智能人工氣候培養(yǎng)柜中，在36℃／29℃和40℃／29℃（晝／夜）的條件下分別進(jìn)行高溫處理10d，定期檢測(cè)可溶性蛋白和熱穩(wěn)定蛋白含量。最后他們得出結(jié)論：白菜在40℃處理時(shí)呈下降趨勢(shì)，可溶性蛋白含量先降低后升高，熱穩(wěn)定蛋白含量呈下降趨勢(shì)，恢復(fù)后無明顯反彈，而且可溶性蛋白的含量不會(huì)因?yàn)槠贩N的不容而導(dǎo)致含量有所差異

[12]。由上述可知，一些植物體內(nèi)可溶性蛋白的含量可以做為測(cè)定植物抗逆性的生理指標(biāo)。

1.2.4可溶性糖

可溶性糖作為植物的代謝中間產(chǎn)物，為生長發(fā)育提供能量，在植物的生命周期中起重要作用。同時(shí)它作為植物生長發(fā)育和基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子，它能與其它信號(hào)組成復(fù)雜的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)體系，能對(duì)植物進(jìn)行調(diào)控。在黃閩敏等在春蘭耐熱性相關(guān)生理指標(biāo)的研究中，發(fā)現(xiàn)可溶性糖在不同溫度不同時(shí)間的條件下，會(huì)出現(xiàn)時(shí)升高時(shí)降低的情況，分析認(rèn)為降低的原因可能是因?yàn)榧?xì)胞呼吸作用較強(qiáng)，于是加快了有機(jī)物的消耗，其中就包括可溶性糖，而這種增加的原因可能是由于可溶性糖是一種滲透保護(hù)物質(zhì)，有助于植物在逆境脅迫下維持細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能[13]。所以在植物響應(yīng)熱脅迫下，可溶性糖的含量對(duì)于一些植物可作為生理指標(biāo)來測(cè)定。

1.2.5表型觀察

表現(xiàn)型是特定環(huán)境條件下特定基因型個(gè)體特征的總和，它包括各種形態(tài)和生理特征和基因產(chǎn)物，甚至包括動(dòng)物的行為和習(xí)性。熱脅迫下植物生育變化在高溫和高溫脅迫下，生長發(fā)育會(huì)受到不同程度的影響，這種影響會(huì)明顯反映在形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化上[14]。吳國勝等認(rèn)為研究植物葉型、座果率、產(chǎn)量等因素很難適用于溫帶地區(qū),他認(rèn)為在苗期在32℃處理10天后,收縮和復(fù)卷的葉子能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確地反映品種的耐熱性[15]。此外研究表明,若將甘藍(lán)葉片發(fā)黃萎蔫作為植物熱脅迫傷害指標(biāo)的高溫鑒定方法，可以明顯反映出甘藍(lán)的耐熱性差異，并且發(fā)現(xiàn)處理?xiàng)l件為36.5℃恒溫對(duì)甘藍(lán)幼苗處理6d，是檢測(cè)甘藍(lán)耐熱性的最適條件[16]。

1.2.6細(xì)胞膜熱穩(wěn)定性

植物對(duì)逆境的適應(yīng)主要在細(xì)胞膜系統(tǒng)上，植物電導(dǎo)率是常用來衡量植物受脅迫受害程度的生理指標(biāo)[17]。膜透性能夠用來反應(yīng)膜的完整性和受傷害程度。在高溫脅迫下，細(xì)胞膜的通透性增加，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，導(dǎo)致電導(dǎo)率增大。張春音等在對(duì)杜鵑花葉片耐熱研究里發(fā)現(xiàn)，在42℃9小時(shí)的光照條件下，三種杜鵑花的細(xì)胞膜通透性均增大，且每種杜鵑花增加的比例不同[18]。植物器官在逆境下會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，而MDA是膜脂過氧化重要的產(chǎn)物之一，它的產(chǎn)生能加劇膜的損傷，使生物膜酶蛋白發(fā)生交聯(lián)，導(dǎo)致細(xì)胞膜出現(xiàn)間隙，所以在植物響應(yīng)脅迫的生理研究中MDA含量是一個(gè)常用指標(biāo)，膜系統(tǒng)受損的程度以及植物的抗逆性往往可通過MDA的含量來測(cè)定。吳友根等人以神馬菊花為試材,研究其在不同時(shí)間熱脅迫下生理變化發(fā)現(xiàn)，熱脅迫0-72h，菊花葉片中MDA的含量逐漸的增大，在72h時(shí)達(dá)到最大，雖然后面有一定的回落，但是依舊比0h時(shí)要大，說明了熱脅迫加速了膜脂過氧化，MDA含量與熱脅迫時(shí)間呈顯著正相關(guān)[19]。在高溫脅迫下，膜脂過氧化過程中會(huì)產(chǎn)生一些有毒物質(zhì)，如O2-、H2O2等，在植物酶防御系統(tǒng)中有一些酶，它們是消除自由基的重要酶，包括SOD、POD等，有了這些酶可以減輕膜脂過氧化的程度，來保持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此，這些能夠消除活性氧的保護(hù)性酶與細(xì)胞的抗逆性有關(guān)，想要降低高溫引起的膜損傷，就需要維持高的保護(hù)性酶活性。SOD能夠有效地清除破壞力極強(qiáng)的活性氧但在高溫脅迫下，植物體內(nèi)的SOD的含量會(huì)下降，導(dǎo)致膜脂過氧化作用加劇，細(xì)胞膜受到傷害。有實(shí)驗(yàn)證明，高溫脅迫能夠破壞植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡[20]。司馬剛等研究發(fā)現(xiàn)，白菜的品種無論是耐熱還是熱敏，其POD活性在高溫脅迫下均有所降低，而耐熱品種在POD活性上有較大的變化，他們認(rèn)為這是由于POD通過自身消耗清楚了代謝失效引起的過量氧自由基，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，提高植物的耐熱性[21]。

1.2.7本論文主要研究的內(nèi)容及意義

從上述描述可以看出，可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和葉綠素含量等生理特征對(duì)于一些植物都可當(dāng)做在熱脅迫下的生理指標(biāo)。生理生化指標(biāo)主要通過測(cè)量控制品種間生理生化指標(biāo)的差異來確定植物的耐熱性。這些結(jié)果更加具有說服力和真實(shí)[22]。所以本實(shí)驗(yàn)以抗熱性不同的鐵炮百合和東北百合的組培苗為材料,研究兩種百合在高溫脅迫下幾個(gè)生理指標(biāo)變化：淀粉和可溶性糖、脯氨酸、丙二醛、葉綠素，以及其幼苗受到高溫脅迫的形態(tài)變化，旨在探究這幾種指標(biāo)是否可作為百合響應(yīng)熱脅迫的生理指標(biāo)，為百合的抗熱性評(píng)價(jià)及育種提供理論依據(jù)。

2.材料與方法

2.1材料及儀器

2.1.1實(shí)驗(yàn)材料

量筒、研缽、燒杯、量瓶、移液管、鐵炮百合和東北百合組培苗、考馬斯亮藍(lán)G-250溶液、鑷子、剪刀、1.5

mL

離心管、5

mL

離心管、刀片、紗布、錫箔紙、濾紙等。

2.1.2實(shí)驗(yàn)儀器

超凈工作臺(tái)、離心機(jī)、移液器、恒溫培養(yǎng)搖床、冰箱、光照培養(yǎng)箱，分光光度計(jì)、電子天平、電磁爐等。

2.2方法

2.2.1組織培養(yǎng)

2.2.1.1外植體滅菌

將采來的外植體先用0.3%的洗衣粉水浸泡7～10min,用流水沖洗1h以上,然后在超凈工作臺(tái)內(nèi)用75%酒精浸泡30s,接著用無菌水沖洗5次，用0.1%的升汞滅菌6～8min,最后再用無菌水沖洗6～8次。沖洗完畢后,將莖切成1cm長的莖段,葉片和鱗片切成長寬各1cm的小方塊,迅速接種于誘導(dǎo)培養(yǎng)基中。

2.2.1.2培養(yǎng)條件及培養(yǎng)基配方

將誘導(dǎo)出的成果轉(zhuǎn)接到分化培養(yǎng)基上，培養(yǎng)溫度為25℃,光照條件為2000lx,每天光照10～12

h。培養(yǎng)基的pH在5.5～6。

培養(yǎng)基配方：大量元素母液50mL+微量元素母液5

mL

+鐵鹽母液5

mL

+6-BA

0.5

mg/L+NAA

0.2

mg/L+維生素和氨基酸5mL

/L+蔗糖50g/L+瓊脂6g/L。

2.2.2高溫處理

2.2.2.1鐵炮百合熱處理前的預(yù)處理

1、操作臺(tái)高溫消毒燈開到綠色，紫外線滅菌15min。

2、操作臺(tái)通風(fēng)15min。

3、洗凈并用75%酒精消毒雙手。

4、用酒精侵泡的棉花分別擦拭架子、鑷子和小刀并進(jìn)行高溫消毒。

5、用鑷子夾出盆皿后打開培養(yǎng)基，夾出芽。（確保植株的完整性）

6、用小刀和鑷子切除枯葉并保持根的完整性。

7、用鑷子夾起植株，放入到瓊脂粉減半的培養(yǎng)基中。（共9瓶）

8、給瓶子標(biāo)注日期5月7日，品種ty9、整理操作臺(tái)保持潔凈并關(guān)閉電源。

10、將鐵炮百合放入到光照培養(yǎng)箱中，25℃環(huán)境下馴化一天。

2.2.2.2鐵炮百合和東北百合的處理

鐵炮百合：

1、8點(diǎn)開始，將經(jīng)過一天25℃馴化的鐵炮百合取出。放入到光照培養(yǎng)箱中（42℃）6瓶。

2、取25℃馴化的鐵炮百合3瓶，用等溫水清洗干凈。用錫箔紙包住，做好標(biāo)記，液氮速凍。小袋子裝好放入-80℃的冰箱冷藏。

3、10點(diǎn)。取出42℃處理2小時(shí)的鐵炮百合3瓶。用等溫水清洗干凈，錫箔紙包住，做好標(biāo)記，液氮速凍。小袋子裝好放入-80℃冰箱冷藏。

4、下午12點(diǎn)。取出42℃處理16小時(shí)的鐵炮百合3瓶。用等溫水清洗干凈，錫箔紙包住，做好標(biāo)記，液氮速凍。小袋子裝好放入-80℃冰箱冷藏。

5、回收液氮，收拾好實(shí)驗(yàn)器材。

將三瓶東北百合放入到光照培養(yǎng)箱中，在25℃馴化一天。

東北百合：

1、下午4點(diǎn)開始，將經(jīng)過一天25℃馴化的東北百合取出。放入到光照培養(yǎng)箱中（42℃）2瓶。

2、取25℃馴化的鐵炮百合1瓶，用等溫水清洗干凈。用錫箔紙包住，做好標(biāo)記，液氮速凍。小袋子裝好放入-80℃的冰箱冷藏。

3、下午6點(diǎn)。取出42℃處理2小時(shí)的東北百合1瓶。用等溫水清洗干凈，錫箔紙包住，做好標(biāo)記，液氮速凍。小袋子裝好放入-80℃冰箱冷藏。

4、次日上午10點(diǎn)。取出42℃處理16小時(shí)的東北百合1瓶。用等溫水清洗干凈，錫箔紙包住，做好標(biāo)記，液氮速凍。小袋子裝好放入-80℃冰箱冷藏。

5、回收液氮，收拾好實(shí)驗(yàn)器材。

2.2.3生理指標(biāo)測(cè)定方法

脯氨酸含量測(cè)定:茚三酮法[23]，將葉片剪碎以3%磺基水楊酸提取脯氨酸，用茚三酮反應(yīng)，520nm下測(cè)定吸光值，利用公式測(cè)定脯氨酸的含量；可溶性糖和淀粉測(cè)定:蒽酮乙酸乙酯法[23]，將冰凍樣品充分研磨之后，以6000r/min離心10min，將裝有上清液的試管放入冷水浴并加入蒽酮乙酸乙酯，最后根據(jù)公式得出結(jié)論；丙二醛含量測(cè)定：雙組分分光光度法[23]，因植物在承受脅迫時(shí)可溶性糖會(huì)增加，所以在丙二醛的測(cè)定中，要排除可溶性糖的干擾，所以經(jīng)常加入一些Fe3+，分別測(cè)定在450nm和532nm下的值，根據(jù)公式進(jìn)行計(jì)算得出丙二醛的值。

3.結(jié)果與分析

3.1高溫脅迫對(duì)鐵炮百合和東北百合的形態(tài)影響

42℃

0h

42℃2

h

42℃

4h

42℃

8h

42℃

24h

42℃

48h

42℃

72h

圖1

42℃不同時(shí)間條件下東北百合表型

42℃

0h

42℃

h

42℃

4h

42℃

8h

42℃

24h

42℃

48h

42℃

72h

圖2

42℃不同時(shí)間條件下鐵炮百合表型

在42℃的脅迫下，鐵炮百合和東北百合的組培苗都出現(xiàn)了顏色和形態(tài)上的變化。從顏色上來講，百合在42℃條件下，0h的葉片呈現(xiàn)出鮮綠的光澤度，隨著時(shí)間的延長，在葉片上開始出現(xiàn)黃色，是因?yàn)橹参矬w內(nèi)葉綠素在減少，而且時(shí)間越長色澤越暗淡。從形態(tài)上來講，0h的葉片是飽滿舒展的，隨著時(shí)間的延長，葉片慢慢開始變得皺縮，時(shí)間越長，皺縮的面積和程度越大。百合可以通過自身的形態(tài)的變化來抵御高溫帶來的傷害，但隨著時(shí)間的延長，植物因?yàn)樽陨矸烙到y(tǒng)的破壞和有害物質(zhì)的積累，導(dǎo)致植物的外表呈現(xiàn)出明顯的受傷害狀態(tài)。相同條件內(nèi)萎縮得越快，顏色變化越快的，耐熱性越差，所以對(duì)比鐵炮百合和東北百合，鐵炮百合耐熱性更強(qiáng)些。

3.2高溫脅迫對(duì)脯氨酸含量的影響

圖3

42℃不同時(shí)間條件下鐵炮百合和東北百合脯氨酸含量

因?yàn)楦彼釋?duì)響應(yīng)熱脅迫的植物有調(diào)節(jié)其滲透作用的功能，所以當(dāng)植物受到逆境脅迫時(shí)，脯氨酸的含量會(huì)有積累，植物體內(nèi)脯氨酸的含量一般與植物的耐熱性呈正相關(guān)。由圖3可知，在實(shí)驗(yàn)中東北百合在響應(yīng)熱脅迫時(shí)，脯氨酸含量整體看起來呈上升趨勢(shì)，但變化并不明顯，而鐵炮百合在42℃的溫度下，隨著時(shí)間的增加，鐵炮百合的變化趨勢(shì)明顯，呈先上升后下降的趨勢(shì)，在2h達(dá)到最高，在2h時(shí)候有明顯的下降趨勢(shì)，在48h達(dá)到最低，而下降48h以后有開始慢慢回升，回到和最初相近的值，這說明鐵炮百合在受到高溫脅迫時(shí)，升高了自己體內(nèi)脯氨酸的含量，并且下降的原因可能是在高溫脅迫時(shí)脯氨酸發(fā)揮作用以維持細(xì)胞正常功能?？傮w看起來，鐵炮百合體內(nèi)的脯氨酸有明顯的變化，而東北百合變化不明顯，說明在同種溫度條件下，隨著時(shí)間的延長，鐵炮百合耐熱性比東北百合耐熱性更強(qiáng)。

3.3高溫脅迫對(duì)淀粉和可溶性糖的影響

圖4

42℃不同時(shí)間條件下鐵炮百合和東北百合可溶性糖含量

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖4中可以看出，在42℃情況下，隨著處理時(shí)間的增多，鐵炮百合體內(nèi)可溶性糖的含量有增有減，在16h時(shí)達(dá)到最高，在16h小時(shí)之后迅速降低，并在72h時(shí)含量接近為0。東北百合的體內(nèi)的可溶性糖的48h之前變化呈下降趨勢(shì)，但變化不明顯，在48h達(dá)到最低，在48h之后有明顯的上升趨勢(shì)。分析可溶性糖在兩種百合受到相同溫度高溫處理后，可溶性糖都有升有降，升的原因是因?yàn)榭扇苄蕴亲鳛榧?xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)的保護(hù)物質(zhì)，在受到高溫的時(shí)候會(huì)增加維持細(xì)胞的而正常狀態(tài)，而下降的原因可能是因?yàn)樵诟邷孛{迫下，植物的呼吸作用會(huì)加快，所以植物體內(nèi)的可溶性糖就會(huì)被消耗而導(dǎo)致降低。鐵炮百合是先上升后下降，而東北百合是先下降后上升，說明兩種百合響應(yīng)熱脅迫的方式不同，鐵炮百合是先增加其可溶性糖的含量再用來消耗以維持自身細(xì)胞穩(wěn)定，而東北百合是先消耗可溶性糖來進(jìn)行呼吸作用，從結(jié)果分析看來，因?yàn)殍F炮百合會(huì)首先利用體內(nèi)的物質(zhì)來調(diào)節(jié)自身細(xì)胞的穩(wěn)定，所以鐵炮百合的耐熱性要強(qiáng)于東北百合。

圖5

42℃不同時(shí)間條件下鐵炮百合和東北百合淀粉含量

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖5可知，在42℃不同時(shí)間的處理下，鐵炮百合和東北百合的含量都有起伏趨勢(shì)。鐵炮百合在42℃下淀粉含量首先升高，在2h達(dá)到最高，隨后呈下降趨勢(shì)并在16h處達(dá)到最低，16h過后有上升下降趨勢(shì)，但都不明顯。東北百合在42℃下，16h之前有上升下降的趨勢(shì)，但不是特別明顯，在16h之后，有明顯的下降，并在24h處達(dá)到最低，接著上升并在48h處達(dá)到最高。由數(shù)據(jù)可分析，淀粉作為植物體內(nèi)的多糖，可參與植物的呼吸作用，在植物受到高溫脅迫時(shí)，呼吸作用會(huì)增加，就會(huì)加速有機(jī)物的消耗，但淀粉同時(shí)是由一些可溶性糖合成，所以和可溶性糖相似，隨著時(shí)間的增加，會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)起伏的曲線，若是曲線越平穩(wěn)，說明該植物響應(yīng)熱脅迫的反應(yīng)更不明顯。

3.4高溫脅迫對(duì)丙二醛的影響

圖6

42℃不同時(shí)間條件下鐵炮百合和東北百合丙二醛含量

如圖6可知，在42℃的條件下，隨著時(shí)間的延長，鐵炮百合和東北百合體內(nèi)的丙二醛變化呈現(xiàn)起伏趨勢(shì)。鐵炮百合在受到高溫脅迫時(shí)，體內(nèi)丙二醛含量會(huì)在一段時(shí)間上升，在24h處達(dá)到最高，上升的原因主要是因?yàn)楸┦悄ぶ^氧化產(chǎn)物，在受到高溫脅迫含量就會(huì)有所上升，但在24h后會(huì)有一個(gè)明顯的下降，分析認(rèn)為下降的原因是在細(xì)胞膜系統(tǒng)里有著清理過氧化產(chǎn)物的酶，這些酶通過清理這些過氧化產(chǎn)物使植物在受到高溫脅迫的時(shí)候能夠維持正常狀態(tài)。而東北百合則是在4h和24h后都有一個(gè)下降的變化，下降的原因和上述一樣，而兩種百合在48h之后，鐵炮百合體內(nèi)丙二醛的含量又繼續(xù)升高，而東北百合的含量變化卻不明顯，說明在高溫下，鐵炮百合調(diào)節(jié)高溫脅迫帶來的傷害的能力比東北百合要強(qiáng)。

3.5高溫脅迫對(duì)葉綠素的影響

圖7

不同溫度時(shí)間42℃條件下鐵炮百合和東北百合葉綠素含量

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖7來看，在42℃的溫度下處理鐵炮百合和東北百合的組培苗，隨著時(shí)間的增長，兩種百合體內(nèi)的葉綠素的含量總體都呈下降的趨勢(shì)，在高溫脅迫下，植物體內(nèi)葉綠素含量降低的原因可能是因?yàn)榕c葉綠素合成相關(guān)的酶受到了高溫的影響，所以導(dǎo)致葉綠素合成變慢，分解加快。從圖6中可以看出鐵炮百合的下降要比東北百合更加明顯，有可能是因?yàn)樵阼F炮百合中的有關(guān)葉綠素合成的酶更容易受高溫的影響，才會(huì)導(dǎo)致葉綠素的下降。

4.討論與結(jié)論

4.1結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究通過對(duì)比鐵炮百合和東北百合在不同時(shí)間不同溫度條件下的生理指標(biāo)，其中包括可溶性糖、淀粉、脯氨酸和丙二醛等，意在研究這些生理指標(biāo)是否可用作鐵炮百合等百合屬的耐熱性鑒定的生理指標(biāo)。研究表明，相同種類百合在42℃（2h、4h、8h、16h、24h、48h、72h）的條件下，植物體內(nèi)的丙二醛的含量總體呈上升趨勢(shì)，但因?yàn)榧?xì)胞膜系統(tǒng)當(dāng)中SOD等能夠清理自由基的酶存在，所以在一段時(shí)間內(nèi)丙二醛的含量會(huì)有所下降，但是這些酶的存在不能完全阻止自由基的積累，所以只能在一定程度減緩丙二醛含量的上升。對(duì)于葉綠素來說，葉綠素的含量總體來看是降低，且鐵炮百合降低趨勢(shì)相比東北百合更加明顯，分析認(rèn)為是因?yàn)殍F炮百合中的有關(guān)葉綠素合成的酶更容易受高溫的影響?？扇苄蕴呛偷矸酆康淖兓汲霈F(xiàn)了起伏，鐵炮百合變化的趨勢(shì)比東北百合更加明顯，是因?yàn)檫@兩者的含量主要和植物的呼吸作用有關(guān)，高溫下呼吸作用加強(qiáng)，就會(huì)引起有機(jī)物加快被消耗，而這兩者又作為保護(hù)物質(zhì)，會(huì)在植物受到高溫脅迫后含量增加。鐵炮百合中脯氨酸的含量總體來說在下降，在48h處達(dá)到最低，而東北百合則是呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但變化不是特別明顯。

4.2討論

在全球氣候不斷變暖的今天，植物耐熱性的研究已經(jīng)成為一個(gè)熱門和重要的研究方向。植物的一生中會(huì)遭受各種各樣的非生物脅迫,比如鹽堿脅迫、熱脅迫,干旱脅迫等，而在多數(shù)情況下,植物遭受的脅迫往往是多重的，是很多脅迫重疊在一起的傷害，研究表明，在夏季炎熱季節(jié)，耐熱性是一個(gè)綜合指標(biāo)，植物在高溫、干旱、高濕度、害蟲等因素的影響下，植物的綜合表現(xiàn)。近年來很多學(xué)者研究了蘿卜、大白菜、茄子、辣椒、黃瓜等植物在高溫脅迫下生理特征的變化，也提出了很多有關(guān)于植物耐熱性機(jī)理的生理指標(biāo)，對(duì)這些研究報(bào)道已經(jīng)比較全面。對(duì)于百合的耐熱性研究也做得比較全面，很多學(xué)者就百合的各個(gè)方面做了耐熱性研究，比如從對(duì)比不同種類的百合在高溫脅迫的生理指標(biāo)變化，挑選出更加耐熱的品種；也有比較百合雜交種與親本的耐熱性，從各個(gè)生理指標(biāo)中觀察出雜交種與親本的相近程度，挑選出雜交優(yōu)勢(shì)更明顯的一種雜交的方法，挑選出比較耐熱的雜交種進(jìn)行種植栽培。各個(gè)植物有各自的特性，也許有些植物并不能遵循大部分植物的規(guī)律，所以對(duì)不同的植物進(jìn)行測(cè)定，就在于要將不同植物的特性給找出來，以制定專屬的方案來種植以及培養(yǎng)，這對(duì)以后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和園林觀賞都能夠起到重要的作用。

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182-185.

第四篇：對(duì)干旱的對(duì)策

對(duì)干旱的對(duì)策

干旱是我國主要自然災(zāi)害之一。經(jīng)過多年大規(guī)模水利建設(shè)，我國抵御旱災(zāi)能力穩(wěn)步提升，但總體抗旱能力仍然偏低。近年來，受全球氣候變化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水大量增加影響，我國干旱災(zāi)害呈現(xiàn)頻次增加、范圍擴(kuò)大的趨勢(shì)。目前全國６０％以上的縣區(qū)為易旱地區(qū)，６５８?jìng)€(gè)城市中有１１０個(gè)嚴(yán)重缺水，抗旱減災(zāi)任務(wù)艱巨繁重。要堅(jiān)持科學(xué)調(diào)度管理水資源、加強(qiáng)抗旱工程建設(shè)、推行節(jié)約用水的生產(chǎn)生活方式三者并舉，全面規(guī)劃、統(tǒng)籌安排，加快建設(shè)抗旱減災(zāi)體系，保障城鄉(xiāng)居民生活用水安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

為此，要重點(diǎn)做好以下工作：一是科學(xué)配置水資源，全面提高水利工程體系的抗旱能力。完善和優(yōu)化國家、流域和區(qū)域水資源配置格局，充分挖掘現(xiàn)有各類水利工程的抗旱功能三是建設(shè)覆蓋全國的旱情監(jiān)測(cè)預(yù)警站網(wǎng)，加快建設(shè)抗旱指揮調(diào)度系統(tǒng)，為抗旱指揮和決策調(diào)度提供有力支撐。，強(qiáng)化應(yīng)急聯(lián)合調(diào)度，提高調(diào)控水平和整體抗旱能力。二是因地制宜建設(shè)農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市抗旱應(yīng)急備用水源工程，為城鄉(xiāng)居民飲水安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水提供有效的應(yīng)急保障。四是以縣鄉(xiāng)兩級(jí)抗旱服務(wù)組織為重點(diǎn)，加強(qiáng)抗旱管理服務(wù)體系建設(shè)，提高抗旱機(jī)動(dòng)送水和澆地能力。做好抗旱物資儲(chǔ)備。五是加強(qiáng)抗旱減災(zāi)基礎(chǔ)研究及新技術(shù)應(yīng)用，積極開展國際交流與合作，充分吸收借鑒國際先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，不斷提高我國抗旱減災(zāi)科技水平?？购档母境雎吩诠?jié)水。要提高全民節(jié)水意識(shí)，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。因地制宜推廣節(jié)水灌溉技術(shù)和設(shè)備，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，努力減少水資源消耗，加大防治水污染工作力度。深化水資源管理體制改革，充分運(yùn)用價(jià)格等經(jīng)濟(jì)杠桿，引導(dǎo)節(jié)約用水，嚴(yán)格控制高耗水項(xiàng)目，鼓勵(lì)發(fā)展低耗水的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。加強(qiáng)城鄉(xiāng)生活用水管理，加快更新改造供水管網(wǎng)，研制推廣節(jié)水型用水器具、計(jì)量儀表。充分利用雨洪資源，擴(kuò)大利用再生水。

第五篇：植物提取物抗氧化成分及研究進(jìn)展

植物提取物抗氧化原理及成分研究

抗氧化是抗氧化自由基的簡稱。因?yàn)槿梭w常與外界接觸，平時(shí)的呼吸、外界污染、放射線照射等因素會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)產(chǎn)生自由基，過量的自由基會(huì)導(dǎo)致人體癌癥、衰老和其它疾病，而抗氧化自由基（以下簡稱“抗氧化”）可以有效克服這些危害。因此，抗氧化已成為保健品和化妝品市場(chǎng)的主要研究課題之一。

本文從多種類植物提取物抗氧化成分及其原理出發(fā)，闡述了各界近年來利用植物對(duì)抗自由基的研究進(jìn)展。

一、植物提取物抗氧化原理

不同的植物提取的有效成分不盡相同，同樣，抗氧化作用的植物提取物也有很多不同成分，其作用機(jī)理也有所區(qū)別，西安源森生物從以下幾方面進(jìn)行了總結(jié)闡述：

（一）作用于與自由基有關(guān)的酶

與自由基有關(guān)的酶類分為氧化酶與抗氧化酶兩類，植物提取物的抗氧化作用體現(xiàn)在抑制相關(guān)氧化酶的活性和增強(qiáng)抗氧化酶活性兩方面。1.抑制氧化酶的活性

生物體內(nèi)許多氧化酶，如P-450 酶、黃嘌呤氧化酶(XOD)、脂氧化酶、髓過氧化酶(MPO)和環(huán)氧酶等，與自由基的生成有關(guān)，能誘發(fā)大量的自由基。

另外，誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶(iNOS)在缺血再灌注時(shí)活性增加，產(chǎn)生大量NO而導(dǎo)致氧化損傷。

研究表明，許多植物提取物對(duì)上述各種氧化酶有抑制作用，從源頭抑制自由基生成。黃酮類化合物中的槲皮素、姜黃素在缺血再灌注損傷時(shí)可抑制 iNOS 的活性，從而起到抗氧化作用；絞股藍(lán)皂苷可以降低異常增高的XOD 和MPO 的活性，改善糖尿病大鼠腎臟的氧化應(yīng)激，延緩腎臟損害的進(jìn)展。2.增強(qiáng)抗氧化酶活性

機(jī)體存在具有防護(hù)、清除和修復(fù)過量自由基傷害的抗氧化酶類，如過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶等。SOD 是體內(nèi)超氧陰離子的主要清除者，將其催化分解為H2O2，但H2O2也具有氧化損傷作用，CAT 將其轉(zhuǎn)化為O2和 H2O。同時(shí) H2O2也可通過 GSH-Px 的催化和還原型谷胱甘肽(GSH)反應(yīng)生成H2O，同時(shí)生成氧化型谷胱甘肽。

許多研究表明，植物提取抗氧化成分不僅能防護(hù)體內(nèi)抗氧化酶，還能增強(qiáng)機(jī)體內(nèi)抗氧化酶活性，如黃酮類中的槲皮素能減少胰島β細(xì)胞的氧化損傷，同時(shí)還能恢復(fù)Fe2+致腎細(xì)胞損傷動(dòng)物的SOD、GSH-Px 和CAT 的活力；皂苷類物質(zhì)對(duì)氧自由基本身影響較少，但大多能提高體內(nèi) SOD、CAT 等抗氧化酶的活性，從而增強(qiáng)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)功能。

此外，一些天然物質(zhì)可在基因與轉(zhuǎn)錄水平上誘導(dǎo)體內(nèi)抗氧化酶如 SOD 的表達(dá)，發(fā)揮其抗氧化作用。

（二）抗氧化成分之間互補(bǔ)和協(xié)同作用

植物提取物抗氧化成分之間存在相互補(bǔ)充、相互協(xié)調(diào)的關(guān)系，在體內(nèi)通過電子和 / 或質(zhì)子轉(zhuǎn)移、作用于氧化酶和抗氧化酶、螯合鈍化過渡金屬離子、影響基因表達(dá)等途徑聯(lián)合發(fā)揮抗氧化作用。

研究發(fā)現(xiàn)不同濃度的茶多酚和西洋參之間均存在明顯的協(xié)同增效作用，并且隨著濃度上升，協(xié)同增效作用也相應(yīng)增強(qiáng)。VE 和VC對(duì)鷹嘴豆抗氧化多肽的還原能力有顯著的增效作用，且VC與鷹嘴豆抗氧化多肽的協(xié)同作用較VE更強(qiáng)，所有的協(xié)同作用隨添加量和作用時(shí)間的增加而增強(qiáng)。

（三）直接清除或抑制自由基

植物提取物能夠作為氫質(zhì)子或電子的供給體，直接猝滅或抑制自由基，終止自由基的連鎖反應(yīng)，發(fā)揮抗氧化功能。1.提供質(zhì)子

大部分抗氧化成分都是氧自由基清除劑，如多酚類物質(zhì)、甾醇、VE等，原因之一是其本身可以釋放出體積小、親合性很強(qiáng)的氫質(zhì)子，捕捉高勢(shì)能的極活潑的自由基使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔钚曰蜉^為穩(wěn)定的化合物，同時(shí)自身轉(zhuǎn)變成較氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生成的自由基更穩(wěn)定的物質(zhì)，從而中斷或延滯鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。2.提供電子

植物提取物發(fā)揮抗氧化作用的另一個(gè)原因是通過電子轉(zhuǎn)移直接給出電子而清除自由基，如多酚類、植物多糖、維生素等。β-胡蘿卜素有很好的抗氧化性能，能通過提供電子抑制活性氧的生成達(dá)到清除自由基的目的；而VC是通過逐級(jí)供給電子而轉(zhuǎn)變成半脫氫抗壞血酸和脫氫抗壞血酸以實(shí)現(xiàn)清除活性氧自由基的目的。

（四）螯合鈍化過渡金屬離子

過渡金屬離子(如 Fe2+、Cu2+等)在氧自由基產(chǎn)生過程中是必需的，如 F e2 +既能介導(dǎo)脂質(zhì)過氧化，也是?OH 等自由基產(chǎn)生的催化劑。

植物提取物中的黃酮類化合物具有4-酮基，5-羥基的分子結(jié)構(gòu)，且B 環(huán)3′和4 ′位的連位羥基含有孤對(duì)電子，因而能螯合金屬離子。能通過配位電子螯合鈍化促氧化金屬離子的抗氧化成分還有單寧、多糖、活性肽、植酸、檸檬酸等。

二、植物提取物抗氧化成分研究

植物提取物的抗氧化活性成分主要有生物堿類、皂苷類、維生素類、多酚類、多肽類和多糖類等，這些成分大多從谷物、中草藥、蔬菜、水果、植物飲品和香辛料提取而來。西安源森生物就以上幾類物質(zhì)的抗氧化性進(jìn)行說明：

（一）生物堿類

生物堿(alkaloids)是一類大多具有復(fù)雜含氮環(huán)狀結(jié)構(gòu)、顯著生理活性的有機(jī)化合物，絕大多數(shù)分布在高等植物中，尤其是雙子葉植物，如毛茛科、罌粟科、茄科、蕓香科、豆科等。影響生物堿抗氧化活性的結(jié)構(gòu)因素主要是立體結(jié)構(gòu)和電性，雜環(huán)中氮原子越“裸露”在外，越有利于充分地接近活性氧并與之反應(yīng)，抗氧化效果就越好；供電子基團(tuán)或者能使氮原子富有電子的結(jié)構(gòu)因素也可增加其抗氧化活性。

具有抗氧化作用的生物堿類有馬錢子堿、苦豆堿、四氫小檗堿、去甲烏藥堿、木蘭堿、川芎嗪、小檗堿、海罌粟堿、藥根堿、番荔枝堿等。

（二）皂苷類

皂苷(saponins)是中草藥中一類重要的活性物質(zhì)，根據(jù)苷元的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同分為甾體皂苷和三萜皂苷兩類，前者多存在于百合科和薯蕷科植物中；后者多存在于五加科和傘形科等植物中。

近年研究表明，大多數(shù)皂苷具有明顯的抗氧化作用，包括：五加科皂苷(包括人參、西洋參、刺五加)、豆科(包括黃芪、大豆、甘草)等。絞股藍(lán)、紅景天、燈盞花、七葉、柴胡、苦瓜、虎杖、羅漢果、油茶等所含的總皂苷成分也具較強(qiáng)的抗氧化活性。西安源森生物公司給i以五加科皂苷、豆科皂苷和紅景天、虎杖、苦瓜提取的總皂苷成為作為抗氧化類主打產(chǎn)品。

（三）維生素類

維生素(vitamins)既是不可少的食品營養(yǎng)素，也是人體最重要的抗氧化物質(zhì)。植物中的抗氧化維生素主要有VE、VC 和胡蘿卜素，但它們?cè)谔囟ㄇ闆r下也可成為促氧化劑。1.V E VE 是各種生育酚的統(tǒng)稱，其中α-生育酚生物活性最大，若以它為基準(zhǔn)，β-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的生理活性分別為 40%、8% 和 20%，其余活性極其微弱。在大多數(shù)情況下，VE 的抗氧化作用是與脂氧自由基或脂過氧自由基反應(yīng)，向它們提供氫離子，使脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中斷，是最重要的脂溶性斷鏈型抗氧化劑。2.VC VC 又稱抗壞血酸，是含有 6 個(gè)碳原子的α-酮基內(nèi)酯的酸性多羥化合物。具有可解離出氫離子的烯醇式羥基，是最重要的水溶性捕捉型抗氧化物，能通過逐級(jí)供給電子而實(shí)現(xiàn)清除活性氧自由基；還能保護(hù) VE 和促進(jìn) VE 的再生。3.類胡蘿卜素

類胡蘿卜素共有600余種，均為具有11 個(gè)雙鍵的類異戊二烯結(jié)構(gòu)，β-胡蘿卜素是典型代表。研究發(fā)現(xiàn)有顯著抗氧化性的還有葉黃素、玉米黃質(zhì)、番茄紅素和蝦青素等。

β-胡蘿卜素是VA 的前體，由4 個(gè)異戊二烯雙鍵首尾相連而成，分子兩端各有一個(gè)β-紫蘿酮環(huán)，主要有全反式、9-順式、l3-順式及 l5-順式 4 種形式。有很好的抗氧化性能，能通過提供電子抑制活性氧的生成達(dá)到清除自由基的目的。

葉黃素共有 8 種異構(gòu)體，主要存在于甘藍(lán)、菠菜等深綠色蔬菜及金盞花、萬壽菊等花卉中。玉米黃質(zhì)主要存在于枸杞子、玉米、菠菜和亞洲柿子等食物中。葉黃素和玉米黃質(zhì)總是伴生存在，作用也十分近似，主要表現(xiàn)在抗氧化方面，能減少氧化脅迫對(duì)眼睛的傷害，即對(duì)視網(wǎng)膜黃斑部由光線所誘發(fā)的氧化作用有抵抗能力，能夠預(yù)防因視覺斑降解引起的衰老。另外還能預(yù)防晶狀體中蛋白和脂質(zhì)的氧化，從而降低老年性白內(nèi)障的發(fā)生。

番茄紅素是一種無環(huán)類胡蘿卜素，化學(xué)結(jié)構(gòu)是一個(gè)非環(huán)的、含有11 個(gè)共軛雙鍵和 2 個(gè)非共軛雙鍵組成的線性全反式結(jié)構(gòu)。能接受不同電子的激發(fā)，生成基態(tài)氧或三重態(tài)氧番茄紅素，一個(gè)三重態(tài)氧番茄紅素可猝滅成千上萬個(gè)單線態(tài)氧自由基，抗氧化能力是 VE 的100 倍、VC 的 1000 倍，是自然界最強(qiáng)的延緩衰老的抗氧化劑。

蝦青素是一種特殊的氧化型類胡蘿卜素，不僅同其他類胡蘿卜素一樣在分子中有很長的共軛雙鍵，而且在其兩個(gè)紫羅蘭環(huán)的 3、4 位上各有一個(gè)羥基和不飽和酮基，這種相鄰的羥基和酮基可構(gòu)成α-羥基酮。這些結(jié)構(gòu)都具有比較活潑的電子效應(yīng)，能向自由基提供電子或吸引自由基的未配對(duì)電子，極易捕獲自由基，因此蝦青素具有較一般類胡蘿卜素更強(qiáng)的抗氧化性。

（四）多酚類

植物多酚類抗氧化物質(zhì)就其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可分為鞣質(zhì)、類黃酮、酚酸3 大類。1.鞣質(zhì)類物質(zhì)

鞣質(zhì)類又稱單寧(tannins)，在植物中廣泛分布，通常是指相對(duì)分子質(zhì)量在 500～3000 的植物多酚。根據(jù)分子結(jié)構(gòu)不同和水解難易可分為 3 類：水解鞣質(zhì)(如沒食子單寧、鞣花單寧)、縮合鞣質(zhì)(如原花色素、低聚原花色素)、縮合鞣質(zhì)與水解鞣質(zhì)中的葡萄糖以碳鍵連接而成的復(fù)合鞣質(zhì)(如山茶素 B、番石榴素 A)。

影響鞣質(zhì)類抗氧化活性的因素有3個(gè)：單元的結(jié)合方式；羥基是否游離；六羥基二苯甲?；?HHDP)、沒食子?；?gall)、脫氫六羥基二苯甲?；?DHHDP)基團(tuán)的種類及數(shù)量。當(dāng)單寧結(jié)合單元(如兒茶素)以可水解的酯鍵、苷鍵結(jié)合時(shí)，分子的抗氧化能力增強(qiáng)，而以碳碳鍵結(jié)合成縮合型時(shí)，分子抗氧化能力大大下降；酚羥基游離時(shí)有利于活性上升；HHDP、gall、DHHDP 基團(tuán)的活性順序?yàn)镠HDP ＞ gall ＞ DHHDP，在結(jié)合單元中，這 3 個(gè)基團(tuán)數(shù)目越多，活性越大。

2.類黃酮物質(zhì)

類黃酮(flavonoids)也稱為黃酮類化合物，在多酚類物質(zhì)中種類最多，幾乎所有植物的所有組織均含有這類天然產(chǎn)物。泛指兩個(gè)苯環(huán)(A －與 B －環(huán))通過中央三碳鍵相互連接而成的一系列化合物，可進(jìn)一步分為黃酮類、黃酮醇類、黃烷酮類、二氫黃酮醇類、黃烷-3-醇類(也即兒茶素類)、異黃酮類、查爾酮類及花色素類等亞族。黃酮類化合物具有不同的抗氧活性，其抗氧活性的大小與化合物的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。酚羥基及其取代基位羰基、羥基成苷、羥基甲基化和Δ2(3)雙鍵)的位置和數(shù)量是確定其抗氧化活性的重要因素。

一般認(rèn)為，B環(huán)上的鄰二酚羥基對(duì)黃酮類抗氧化活性起主要作用；一個(gè)環(huán)上的鄰二羥基與另一個(gè)環(huán)上的對(duì)二羥基產(chǎn)生很有潛力的抗氧化性，A 環(huán)上的 5、7、8 位增加羥基可以不同程度地增加抗氧化能力。許多黃酮類化合物顯示出明顯的抗氧化特性，代表性的有刺槐素、槲皮素(櫟精)、柚皮素、黃杉素、茶多酚、大豆異黃酮、三羥基查爾酮、矢車菊色素等。3.酚酸類物質(zhì)

酚酸是指同一苯環(huán)上有若干個(gè)酚性羥基的一類化合物。自然界植物中發(fā)現(xiàn)的具有抗氧化性的酚酸類物質(zhì)可分為 3 類：第1 類是羥基苯甲酸及其衍生物，如原兒茶酸、沒食子酸、丁香酸等；第 2 類是鞣花酸及其衍生物，如3-羥基苯乙酸；第3 類是羥基肉桂酸(羥基苯丙烯酸)及其衍生物，如綠原酸、阿魏酸、咖啡酸、迷迭香酸、香豆酸、芥子酸等。

酚酸類物質(zhì)的抗氧化能力，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上的規(guī)律與黃酮類一樣，即凡在苯環(huán)上具有相鄰酚性羥基者，比沒有的要強(qiáng)得多，如具有聯(lián)苯三酚結(jié)構(gòu)的的沒食子酸及其各種衍生物，比只有兩個(gè)羥基的強(qiáng)。而具有鄰苯二酚結(jié)構(gòu)的如綠原酸、咖啡酸、迷迭香酸，其抗氧化能力遠(yuǎn)比只有一個(gè)羥基的阿魏酸、芥子酸強(qiáng)。

（五）活性肽

具有抗氧化性質(zhì)的多肽類物質(zhì)被稱為抗氧化活性肽(bioactive peptides)。國內(nèi)外研究人員已從不同植物來源的蛋白質(zhì)中提取到各種具有抗氧化活性的肽類物質(zhì)，然而能了解細(xì)致分子結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行相關(guān)機(jī)理研究的天然抗氧化肽僅限于谷胱甘肽，更多的是各種天然蛋白酶解物中具有一定抗氧化活性低分子混合肽，如大豆肽、玉米肽、小麥肽、米糠肽、花生肽。此外，在黑米、菜籽、靈芝、桂花、枸杞等植物蛋白質(zhì)原料中均獲得了具有抗氧化作用的活性肽。西安源森生物實(shí)驗(yàn)室研究表明：構(gòu)成肽的氨基酸種類、數(shù)量及氨基酸排列順序決定著肽的抗氧化能力。具有抗氧化能力的氨基酸及其衍生物有半胱氨酸、組氨酸、色氨酸、賴氨酸、精氨酸、亮氨酸和纈氨酸、5-羥色氨酸等。

（六）多糖類

多糖(polysaccharides)是由10個(gè)以上多種單糖聚合而成的天然高分子物質(zhì)。近年來，人們對(duì)多糖及復(fù)合物的抗氧化活性作用有了越來越深入的認(rèn)識(shí)。

已有大量研究指出，從植物中提取分離得到的多糖類化合物具有抑制脂質(zhì)過氧化作用、清除自由基、抑制亞油酸氧化等抗氧化作用。枸杞多糖、金櫻子多糖、黃芪多糖、油柑多糖、牛膝多糖、大蒜多糖、三七多糖等 100 多種植物多糖具有抗氧化作用，具有抗氧化活性的植物多糖不斷被發(fā)現(xiàn)。

（七）其他類

還有許多成分如萜類(蒼術(shù)酮、生姜單萜)、醌類(丹參醌、大黃蒽醌)、褪黑素等均為有效的植物源抗氧化成分。

三、結(jié)語

研究資料顯示目前大多數(shù)抗氧化研究均采用體外實(shí)驗(yàn)，整體或在體實(shí)驗(yàn)資料較少，難以系統(tǒng)、準(zhǔn)確地反應(yīng)天然成分抗氧化作用的全貌。以整體實(shí)驗(yàn)為主，體外實(shí)驗(yàn)為輔，綜合酶學(xué)、免疫學(xué)、藥理學(xué)等多學(xué)科知識(shí)建立一套全面客觀、高效快速的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砭C合評(píng)價(jià)物質(zhì)的抗氧化性是以后研究需要重點(diǎn)解決的問題。

在為保健品市場(chǎng)提供有效應(yīng)對(duì)高血壓、糖尿病、腫瘤、帕金森癥、老年癡呆等病癥的優(yōu)質(zhì)抗氧化類植物提取物之外，西安源森生物公司已將“安全抗氧化植物提取物的營養(yǎng)保健食品應(yīng)用”列為主要研究課題之一，以緊抓《食品安全法》頒布實(shí)施所帶來的市場(chǎng)機(jī)遇。