拟南芥叶片衰老过程中细胞溶血磷脂和膜脂不饱和度的变化

细胞膜的流动性和渗透性的改变是植物衰老过程中一个内在的、具有破坏性的变化。膜脂组成中,溶血磷脂的出现是膜伤害的一个重要标志;膜脂双键数目的变化是影响膜流动性的主要因素。应用脂类组学的方法,检测了拟南芥野生型及其磷脂酶Dδ (PLDδ)缺失型突变体在离体诱导的、脱落酸（abscisic acid, ABA）和乙烯（ethylene）促进的衰老过程中,溶血磷脂（lysophospholipids, lysoPLs）的分子变化,并通过计算膜脂双键指数（double bond index, DBI）表征了膜流动性的变化。结果表明,在离体诱导的衰老过程和乙烯促进的衰老过程中,溶血磷脂的总含量和各溶血磷脂分子的变化不显著,而在ABA促进的衰老过程中溶血磷脂总含量和部分溶血磷脂分子均显著升高;在上述三种衰老处理下,总膜脂的DBI均下降,但是离体诱导和激素促进的的衰老过程中各类膜脂的DBI的变化却不同。同时我们还发现,抑制PLDδ基因表达降低了ABA促进的衰老过程中溶血磷脂的产生、减缓了ABA和乙烯促进的衰老过程中总的膜脂的DBI的降低。     

磷脂酶Dδ缺失加剧UV-B诱导的膜伤害

检测了拟南芥野生型（WS）及磷脂酶D8缺失突变体在uV-B辐射下的膜脂分子变化,并比较了二者在紫外辐射下的膜脂含量、双键指数及碳链长度的差异。结果发现,紫外辐射导致植株膜脂发生了降解,其中叶绿体膜脂MGDG和DGDG是膜伤害的主要作用靶点,而且突变体中的膜脂降解比野生型剧烈。上述结果说明磷脂酶D8的缺失会加剧紫外辐射诱导的膜伤害,导致植株对紫外辐射更加敏感。     

磷脂酶Dδ缺失加剧UV-B诱导的膜伤害

检测了拟南芥野生型（WS）及磷脂酶Dδ缺失突变体在UV-B辐射下的膜脂分子变化,并比较了二者在紫外辐射下的膜脂含量、双键指数及碳链长度的差异。结果发现,紫外辐射导致植株膜脂发生了降解,其中叶绿体膜脂MGDG和DGDG是膜伤害的主要作用靶点,而且突变体中的膜脂降解比野生型剧烈。上述结果说明磷脂酶Dδ的缺失会加剧紫外辐射诱导的膜伤害,导致植株对紫外辐射更加敏感。     

拟南芥角果衰老过程中膜脂的变化

角果发育对某些物种的生殖发育具有重要的作用。拟南芥种子附着在角果里,角果在早期发育时进行光合作用,角果成熟后开裂散落种子之前,其细胞会经历一个衰老的过程。一般植物细胞在衰老过程中要经历膜脂降解的过程,但是角果细胞衰老过程仍未知。通过比较角果衰老过程中拟南芥野生型(WS)及与膜脂代谢密切相关的磷脂酶Dδ缺失突变体(PLDδ KO)中膜脂分子的组成情况、膜脂含量、相对含量及双键指数值,结果发现,在拟南芥角果衰老过程中：(i)质体膜脂和质体外膜脂显著下降;(ii)不同膜脂降解速率不一样,质体膜脂的降解比质体外膜脂的降解快;(iii)总的双键指数DBI下降;(iv)磷脂酶Dδ缺失突变体(PLDδ KO)的角果膜脂组成的基本水平和变化样式与野生型(WS)非常相似。结果说明,角果在衰老过程中发生了膜脂的激烈降解。据此推测：(i) 膜脂水解产物可能转移到种子中用于储藏脂三酰甘油的合成;(ii) 质体膜脂相对含量下降和质体外膜脂相对含量上升导致了总的DBI下降;(iii) PLDδ参与了角果衰老中的膜脂代谢。     

CBF 3 基因过量表达的拟南芥细胞质膜组分的变化

通过提取过量表达CBF3基因和对照的拟南芥[Arabidopsis thaliana L．Heyn．(Columbia)]茎叶的质膜．分离并分析其脂类成分和蛋白质含量,从中探讨CBF3对膜脂成分的影响及与抗冷适应的关系。研究结果表明,过量表达CBF3植株的质膜膜脂总量和膜蛋白总量分别是对照的227％和190％,磷脂为105％,与冷适应诱导的效果相似。因此CBF3表达的变化可能对冷适应过程中质膜组成的改变起重要作用。     

儿茶素诱导的拟南芥根细胞膜脂变化

儿茶素是一种可以短时间内杀死植物细胞的植物毒素,由于具有强的植物毒性,儿茶素是开发除草剂的理想化合物,它可以诱导植物根系统的死亡。为了研究植物根细胞膜脂对化学胁迫的响应规律,我们运用高通量的脂类组学方法检测了拟南芥根中膜脂分子的组成,比较了儿茶素处理下拟南芥野生型（WS）及磷脂酶Dδ缺失突变体（PLDδ KO）根中膜脂分子的组成情况、膜脂含量、双键指数及碳链长度值。结果发现,儿茶素处理拟南芥根90min后,二半乳糖基二酰甘油（DGDG）、单半乳糖基二酰甘油（MGDG）、磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰胆碱（PC）及磷脂酰肌醇（PI）的总含量在WS与PLDδ KO植株根中都显著下降,磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰丝氨酸（PS）在WS中下降,在PLDδ KO中上升。儿茶素处理导致PLDδ KO植株的PC/PE比值显著下降,WS植株PS碳链长度显著增加。上述结果说明儿茶素处理后,磷脂酶Dδ缺失突变体膜不稳定性增加,PLDδ KO植株对儿茶素胁迫更加敏感。     

金属离子胁迫产生植物膜脂过氧化的能力与离子的极化能力正相关

金属离子胁迫导致植物产生多种生理损伤,其中包括膜脂的过氧化。不同的金属离子诱导植物产生膜脂过氧化差异很大,迄今对这些差异与金属离子性质之间的具体关系所知甚少。金属离子对阴离子和其他分子的作用主要取决于其电荷数量、半径大小和电子层结构,亦即取决于其极化作用。作者以水培拟南芥与油菜为材料,以不同极化作用的金属离子（Li^＋、Na^＋、K^＋、ca^2＋、Fe^2＋与Fe^3＋）为研究对象,检测了极化作用不同的金属离子胁迫拟南芥与油菜1、3、5 d后膜脂过氧化产物丙二醛（Malondialdehyde,MDA）的含量变化。结果发现,相同浓度的一价离子Li^＋、Na^＋与K^＋’胁迫5 d后,离子半径较小的Li^＋诱导拟南芥与油菜产生的丙二醛比Na^＋与K^＋高2倍以上;相同浓度下电子层结构相同的Fe^3＋与Fe^2＋胁迫5 d后,电荷高的Fe^3＋诱导拟南芥产生的丙二醛比Fe^2＋高2倍以上,而Fe^3＋诱导油菜产生的丙二醛比Fe^2＋高5倍以上;相同浓度的二离子Fe^2＋与ca^2＋胁迫,电子层结构复杂的Fe^2＋比ca^2＋诱导更多的丙二醛产生。运用离子势综合表征离子极化能力,则丙二醛的含量与离子势大小显著正相关。上述结果说明,金属离子诱导膜脂过氧化的胁迫能力与金属极化作用正相关,即电荷越高、离子半径越小及电子层越复杂,产生氧化胁迫程度越强。     

儿茶素诱导的拟南芥根细胞膜脂变化

儿茶素是一种可以短时间内杀死植物细胞的植物毒素,由于具有强的植物毒性,儿茶素是开发除草剂的理想化合物,它可以诱导植物根系统的死亡.为了研究植物根细胞膜脂对化学胁迫的响应规律,我们运用高通量的脂类组学方法检测了拟南芥根中膜脂分子的组成,比较了儿茶素处理下拟南芥野生型(WS)及磷脂酶Dδ缺失突变体( PLDδ-KO)根中膜脂分子的组成情况、膜脂含量、双键指数及碳链长度值.结果发现,儿茶素处理拟南芥根90 min后,二半乳糖基二酰甘油(DGDG)、单半乳糖基二酰甘油(MGDG)、磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰胆碱(PC)及磷脂酰肌醇(PI)的总含量在WS与PLDδ-KO植株根中都显著下降,磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰丝氨酸(PS)在WS中下降,在PLDδ-KO中上升.儿茶素处理导致PLDδ-KO植株的PC/PE比值显著下降,WS植株PS碳链长度显著增加.上述结果说明儿茶素处理后,磷脂酶Dδ缺失突变体膜不稳定性增加,PLDδ-KO植株对儿茶素胁迫更加敏感.     

CBF3基因过量表达的拟南芥细胞质膜组分的变化

通过提取过量表达CBF3基因和对照的拟南芥[Arabidopsis thaliana L.Heyn.(Columbia)]茎叶的质膜,分离并分析其脂类成分和蛋白质含量,从中探讨CBF3对膜脂成分的影响及与抗冷适应的关系。研究结果表明,过量表达CBF3植株的质膜膜脂总量和膜蛋白总量分别是对照的227%和190%,磷脂为105%,与冷适应诱导的效果相似。因此CBF3表达的变化可能对冷适应过程中质膜组成的改变起重要作用。     

干旱条件下冬小麦幼苗根细胞膜脂组成的变化

干旱条件下小麦幼苗根膜脂总脂肪酸含量、磷脂含量及总脂肪酸双键指数均下降,而游离甾醇含量却明显增加,结果导致游离甾醇／磷脂比率上升。用薄层层析法测得小麦根细胞磷脂主要由磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰肌醇(PI)及磷脂酸(PA)组成。干旱降低了各种磷脂的含量,但不改变其相对配比。文中讨论了膜脂代谢变化与植物抗旱性的关系。     

Profiling the Changes of Molecular Species in Membrane Lipids during Cold acclimation in Winter and Spring Cultivars of Rapeseed (Brassica napus)

The changes of molecular species in membrane lipids during cold acclimation (CA) in winter and spring cultivars of rapeseed (Brassica napus) were profiled with ESI MS/MS based lipidomics. The membrane fluidity, the critical properties for plants to tolerate freeing injuring, was examined with double bond index (DBI) and carbon number of the fatty acid of the glycrolipid. The results indicated that the molecular composition of membrane lipids in the two cultivars under both normal growth condition and CA were similar to that of Arabidopsis reported previously and that DBI in spring cultivar accumulation subtly more than that in winter cultivar. The results suggested that CA of rapeseeds needs more than 3 days and that spring cultivar were more sensitive to CA, which was confirmed by the CA induced proline accumulation.     

大豆种子吸胀冷害抗性与其质体膜脂不饱和度正相关

吸胀冷害是干种子在吸胀阶段遭受低温造成不萌发的现象,结果可能造成农作物损失严重。虽然吸胀过程中细胞膜的修复是关键事件,而且细胞膜在响应水分和温度胁迫中扮演重要角色,但是种子吸胀过程中膜变化的过程,特别是膜流动性变化过程研究较少。本文比较了吸胀冷害耐受型（LX）和敏感型（R5）两个大豆品种在吸胀冷害过程中膜脂不饱和度（double bond index, DBI）的变化,结果发现,LX和R5在常温（25℃）吸胀时变化趋势一致,质体膜脂DBI升高,质体外膜脂中磷脂酰甘油(phosphatidylglycerol, PG)分子DBI下降。LX和R5在低温（4℃）吸胀时DBI变化有很大差异,低温吸胀仅仅延缓了耐受型LX中质体膜脂DBI的升高,但是敏感性R5质体膜脂DBI不仅没有升高反而下降。用浓度33%的聚乙二醇 (polyethylene glycol, PEG)引发没有直接引起DBI变化,但是所引起的细微而显著的变化可能为萌发做好准备。PEG引发处理后的R5在吸胀冷害后第二和第三阶段质体膜脂DBI迅速增加,这个增加模式与LX的DBI增加相似。结果表明,吸胀冷害延缓或者阻滞了质体膜脂不饱和度的升高,大豆种子的吸胀冷害抗性与质体膜脂不饱和度正相关,提高质体膜质DBI可以提高吸胀冷害抗性。     

植物在缺钾胁迫中膜稳定性的变化

植物维持膜的功能是其抵御胁迫的关键问题,而维持膜功能必须要保持膜的稳定性和合适的流动性。我们前期的研究发现植物主要是通过积累叶片膜脂和保持根部膜脂基本不变来适应长期缺钾。在本研究中,以拟南芥和其具有耐受缺钾胁迫特性的近缘种须弥芥为对象,研究了与膜的流动性密切相关的双键指数（double bond index,DBI）的变化,发现长期缺钾条件下,两种植物叶片中总的DBI保持不变,根部总的DBI略有降低。同时研究了与膜稳定性密切相关的溶血磷脂的含量和DGDG/MGDG以及PC/PE这两个比值的变化,发现长期缺钾后拟南芥和须弥芥叶片中溶血磷脂的总量呈上升趋势,根部溶血磷脂总量基本保持不变;无论在对照还是缺钾条件下,拟南芥溶血磷脂的总含量要高于须弥芥。须弥芥叶片具有更高的DGDG/MGDG值,根部具有更高的PC/PE值,说明长期缺钾条件下须弥芥膜的稳定性可能更好。这可能是须弥芥耐缺钾的原因之一。     

Low temperature differentially affects tillering in spring and winter wheat in association with changes in plant carbon status

The higher tillering potential of winter wheat cultivars as compared to spring ones has been attributed to an earlier tillering onset in the former. Tillering in grasses is known to depend on temperature and light environment, and may be mediated by plant C status. The aim of this work was to elucidate whether differences in carbohydrate accumulation between wheat types at low temperature may contribute to differences in tillering potential. A set of experiments with contrasting temperatures was conducted in both field enclosures (high irradiance, three experiments) and growth chambers (low irradiance, two experiments). The relative tiller production rate (RTR) was the highest in winter cultivars grown in cool field enclosures, and the lowest in spring cultivars in growth chambers, either cool or warm. Plant C status was inversely related to temperature the response being more pronounced in winter cultivars. Components of RTR, site filling and phyllochron, responded differently to environment and plant C status. Phyllochron increased with temperature, and was inversely correlated to sugar concentration irrespective of cultivar type. Site filling increased with irradiance in both cultivar types while sugar concentration contributed additively to its promotion solely in winter cultivars. Nevertheless, variation in site filling was larger in percentage than variation in phyllochron (200% and 41%, respectively, between most contrasting treatments). Thus, differences in tillering potential between winter and spring wheats may be attributed not only to the earlier tillering onset in the former but also to their differential response to environment and C status.     

Formation of phenol compounds in various cultivars of wheat (Triticum aestivum L.)

The formation of soluble phenol compounds, including flavonols, was studied in winter (Erythrospermum, Lutescens 230, and R 47-28) and spring cultivars (Lada) of wheat (Triticum aestivum L.). The contents of soluble phenol compounds and flavonols were 1.8-2.6 and 0.5-1.3 mg/kg fresh weight, respectively. These results illustrate the similarity of phenol metabolism in leaves of winter and spring wheat cultivars. The exception was the cultivar R 47-28 that accumulated the maximum amount of phenol compounds (e.g., flavonols). In this cultivar the ratio of flavonols reached 50% of total soluble phenol content. In other cultivars, this parameter did not exceed 25-35%. The data indicate that the cultivar R 47-28 differs from other wheat cultivars in the metabolism of phenol compounds. The observed differences are probably related to genetic modifications of the cultivar R 47-28 during selection.