交替氧化酶抑制剂研究进展及应用前景

交替氧化酶(alternative oxidase,AOX)是线粒体呼吸电子传递链中抗氰呼吸途径的末端氧化酶,它广泛存在于高等植物、藻类、部分真菌及原生生物中。同时,AOX也被发现存在于某些人体寄生虫中,如布氏锥虫(Trypanosoma brucei)等。布氏锥虫可引起人类"嗜睡病",不经治疗往往有致命的危险。据统计,在非洲地区每年有高达7 000多万人存在感染布氏锥虫病的风险。值得注意的是,人类细胞中不含有AOX。因此,AOX可能是治疗该类疾病最有效的潜在靶标。现主要就布氏锥虫交替氧化酶的特点及其抑制剂的设计和作用效果进行阐述,并展望AOX抑制剂的应用前景及研究挑战。     

γ-氨基丁酸浸种对番茄种子及幼苗耐盐性调节的生理机制

以番茄‘金棚一号’为材料,研究了外源γ-氨基丁酸(GABA)浸种处理对NaCl胁迫下种子萌发及幼苗生长和生理代谢的影响。结果显示:(1)NaCl胁迫显著抑制了番茄种子的萌发和胚根生长,同时导致番茄幼苗体内活性氧(O2.-、H2O2)大量积累,膜脂过氧化程度加重,幼苗叶片光合系统Ⅱ活性显著降低,幼苗的生长受到严重抑制。(2)外源GABA浸种能够显著提高盐胁迫下番茄种子的萌发和胚根的生长,并以10.00mmol.L-1 GABA浸种处理效果最好。(3)外源GABA浸种处理显著提高了NaCl胁迫下番茄幼苗根系和叶片抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性,降低了活性氧(O2.-、H2O2)的产生和膜脂过氧化程度,通过维持较高的光合系统Ⅱ活性,促进了幼苗的生长及生物量积累,但GABA的缓解效应存在较大的浓度差异,其中以10.00mmol.L-1 GABA处理效果较好。研究表明,10.00mmol.L-1 GABA浸种处理能够通过促进番茄种子萌发和幼苗生长来缓解盐胁迫的伤害。     

工业真菌中的交替氧化酶

真菌是现代微生物发酵产业的主力军之一。交替呼吸途径(Alternative respiration pathway,ARP),以其非磷酸化电子传递途径,起到了能量溢流(Energy overflow)的作用,调节细胞能量代谢,平衡碳代谢和电子传递,有利于代谢产物的积累。此外,交替呼吸对真菌的抗逆反应和条件致病菌的生理作用也都具有非常重要的影响。交替氧化酶(Alternative oxidase,AOX)是线粒体中交替呼吸途径的末端氧化酶,广泛存在于高等植物及部分真菌和藻类中。由于交替氧化酶对水杨氧肟酸(Salicylhydroxamic acid,SHAM)敏感而对细胞色素呼吸抑制剂氰化物不敏感,交替氧化酶AOX介导的交替呼吸途径又被称为抗氰呼吸途径(Cyanide-resistant respiration,CRR)。近年来,研究交替呼吸途径和交替氧化酶已成为细胞呼吸代谢领域的热门课题。本文主要对真菌交替呼吸途径和交替氧化酶的结构与其在工业真菌体内功能的最新研究进展作一简要的综述。     

一氧化氮对番茄种子抗吸胀冷害的影响

以番茄毛粉802种子为材料,通过对比实验,测定分析各处理种子的萌发率及第4天的平均根长、萌发指数、活力指数,以及相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)含量的变化,以探讨NO对番茄种子吸胀冷害的抵抗作用及其机理.结果显示:(1)外源NO可显著提高番茄种子经12 h吸胀冷害处理后的萌发率、平均根长、萌发指数和活力指数,并显著降低吸胀冷害下REC和MDA含量,同时显著提高SOD和CAT的含量.(2)NO所提高的吸胀冷害处理后种子的SOD和CAT活性不能被RNA合成抑制剂放线菌素D和蛋白质合成抑制剂环己酰亚胺抑制.结果表明,NO可提高番茄种子抵抗吸胀冷害的能力,而且与NO激活了抗氧化系统有关,但NO不是通过促进抗氧化酶的合成来提高其活性.     

交替氧化酶结构和功能研究进展

交替氧化酶(a lternative ox idase,AOX)是植物线粒体呼吸链中抗氰呼吸途径(cyan ide-res istan t resp irationpathw ay)的末端氧化酶,它广泛存在于高等植物及部分真菌和藻类中。交替氧化酶是一种双铁羧基蛋白(d i-ironcarboxy late prote in),它不仅具有其它双铁羧基蛋白共有的结构特点以及去除分子氧的功能,更重要的是它还可以通过改变自身结构等方式来主动调节抗氰呼吸途径的运行程度,进而调节细胞多方面的代谢和功能,以适应环境条件的改变,增强植物适应各种逆境的能力,调节植物生长速率,并与细胞凋亡和光合作用相关。本文主要对交替氧化酶的结构与其在植物体内功能的最新研究进展进行综述。     

Leukamenin E调节拟南芥幼苗生长发育的模式及其机制

研究对映-贝壳杉烷型二萜化合物Leukamenin E对拟南芥种子萌发、下胚轴伸长以及根生长发育的作用模式,并探讨植物激素生长素和乙烯可能介导Leukamenin E影响拟南芥主根生长、侧根和根毛发育的初步机制。结果表明:Leukamenin E浓度在10~160μmol·L~(-1)范围对拟南芥种子的萌发率无显著影响,但高浓度Leukamenin E(80~160μmol·L-1)显著抑制种子的萌发速率。Leukamenin E对拟南芥幼苗根生长的抑制作用明显高于对下胚轴的抑制效应。进一步研究表明,Leukamenin E通过阻滞根尖细胞有丝分裂和细胞伸长进而抑制主根的生长,并能促进侧根提前发生并影响其形成数量,同时减少根毛密度及降低根毛长度。Leukamenin E联合乙烯利(乙烯释放剂)处理可阻止乙烯利单独使用对拟南芥幼苗根毛生长的促进作用,与Ag+(乙烯竞争抑制剂)联合乙烯利的作用效果相一致,表明Leukamenin E可能通过干扰根细胞乙烯途径而抑制根毛发育。流动注射化学发光分析和酶联免疫检测的结果发现,Leukamenin E显著上调拟南芥幼苗根组织中生长素(IAA)水平,表明生长素可能作为主要因子介导了Leukamenin E对拟南芥幼苗根生长发育的调节作用。     

PI3K调控水稻种子萌发的机理研究

PI3K在植物的正常生长和胁迫应答过程中发挥着很重要的功能.在本文中,我们证实了在种子萌发过程中,PI3K促进了种子的萌发.通过RT-PCR的分析,我们发现,PI3K在整个过程中,伴随着吸胀时间的延长,表达量逐渐上升.而PI3K抑制剂的处理,证实了萌发过程中,PI3K促萌发的效应.DCF检测ROS的产生发现,在萌发的过程中,PBK促进了ROS的生成.PI3K产物PI3P亚细胞定位的分析发现,PI3P主要定位于膜结构区域.总之,本文借助于光学分子成像技术发现PI3K在种子萌发过程中的重要作用,提出PI3K通过调控ROS生成促进种子萌发的重要机理.     

肉桂醛对NaCl胁迫下番茄幼苗生长特性的影响

为探明肉桂醛对番茄幼苗耐盐性的影响,该研究以番茄‘合作903’为试验材料,探究肉桂醛(100μg·L^-1)对处于100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下番茄种子萌发与幼苗生长特性的影响。在试验中设置4组处理：对照(CK,蒸馏水)、NaCl (100 mmol·L^-1)、NaCl+CA(100 mmol·L^-1 NaCl+100μg·L^-1 CA)、CA(100μg·L^-1)。结果表明：(1)在100 mmol·L^-1 NaCl胁迫下,添加100μg·L^-1的肉桂醛,番茄种子的发芽势和发芽率均有所提升,番茄幼苗的根长和鲜重均显著提高,说明添加肉桂醛对NaCl胁迫下番茄种子的萌发与幼苗生长均有一定缓解作用。(2)肉桂醛能够有效降低NaCl胁迫导致的番茄幼苗根尖总活性氧(reactive oxygen species, ROS)的过量累积,缓解膜脂过氧化程度从而降低细胞死亡率。综上表明,肉桂醛处理能够通过缓解幼苗的氧化...     

番茄种子及其萌发期化感作用分析

采用种子发芽生物测试法,以发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数为指标,对番茄(Lycopersicon esculentum Mill.)种子及其萌发期对大白菜[Brassica campestris ssp.pekinensis(Lour.)G.Olsson]、萝卜(Raphanus sativus Linn.)、黄瓜(Cucumis sativus Linn.)和番茄种子萌发的化感效应进行测定,并采用化感效应指数(RI)和化感综合效应(SE)对化感作用进行评价.结果表明:用30 mg·mL-1番茄种子浸提液培养大白菜、萝卜和黄瓜种子,各项发芽指标均低于对照;番茄种子萌发可导致套种的大白菜、萝卜和黄瓜种子的各项发芽指标降低;番茄幼苗分泌物对大白菜、萝卜和黄瓜种子的萌发也均有抑制作用;在4个发芽指标中,对种子活力指数的抑制效应最大.与对照相比,0.5和1.0g番茄幼苗模拟腐解物对大白菜、萝卜和黄瓜种子的发芽率有一定的促进作用,但均导致种子发芽指数和活力指数的降低;而1.5g番茄幼苗模拟腐解物对3种蔬菜种子各项发芽指标的抑制作用最大;随模拟腐解物质量的增加,番茄种子的发芽指标值也逐渐降低.8、16和24 mg·mL-1番茄幼苗浸提液对大白菜、萝卜、黄瓜和番茄种子的萌发有明显抑制作用,随浸提液浓度提高,受试蔬菜种子的各项发芽指标均逐渐降低.总体上看,在番茄种子萌发过程中对受试蔬菜种子萌发的RI值多数为负值、SE值均为负值.研究结果证实:番茄种子含有化感物质,在其萌发过程中分泌与释放化感物质并抑制胚根生长,且除抑制其他植物种子的萌发外还具有自毒作用.     

乙烯与水浮莲(Pistia stratiotes)种子需光性休眠的关系

水浮莲种子是一种奇特的需光种子。在黑暗中,GA_2或BA均不能代替光照诱导萌发,可是0.1μl/l乙烯却能引起部分种子萌发,在1000μ1/1乙烯的作用下,发芽率可达80％,接近全光照处理的萌发水平(91％发芽率)。ACC也能诱导水浮莲种子的萌发,0.1 mM浓度可获30％发芽率。在较短光照下,ACC对种子萌发有增效作用。在光照前应用ACC,其诱导效应大于两者同时施用。在照光萌发中,种子的内源ACC含量及乙烯释放量均显著增加。CoCl_2和AOA均能抑制光的诱导萌发。推论光打破休眠诱导萌发的作用是与乙烯的生成密切相关。     

活性氧在UV-B诱导的玉米幼苗叶片乙烯产生中的作用

 研究了活性氧在UV-B(280～320 nm)诱导的玉米(Zea mays)幼苗叶片乙烯合成中的作用。结果表明,UV-B促进了玉米幼苗活性氧和乙烯的产生;乙 烯合成抑制剂氨氧乙烯基甘氨酸 (AVG)和氨氧乙酸(AOA)能明显减弱UV-B对玉米幼苗乙烯产生的诱导作用,但对活性氧(ROS)的 产生没有明显影 响;ROS的清除剂不但能抑制UV-B诱导的 ROS的产生,而且还可以抑制UV_B诱导的乙烯的产生,但这种抑制作用可以被外源O₂^.-的供体所逆转。这 说明,乙烯的积累不能作为UV-B胁迫下ROS的诱导的因素,相反,ROS的积累则导致了乙烯的积累;因此,ROS可能参与了UV-B胁迫诱导的乙烯的产生 。质膜NADPH氧化酶的抑制剂二苯碘鎓(DPI)和H₂O₂的特异性清除剂过氧化氢酶（CAT）对UV-B胁迫诱导的乙烯积累 几乎没有影响, 这说明H₂O₂ 可能与UV-B诱导的玉米幼苗叶片乙烯的产生无关, 在UV-B诱导的玉米幼苗叶片乙烯的生物合成过程中O₂^.-起着很重要的作用,相关的O₂^.-不是由 NADPH氧化酶催化产生的。     

低温胁迫对番茄种子萌发的影响

在人工气候箱中模拟3个低温处理(24h最低/最高温度分别设定为7℃/12℃、5℃/10℃和3℃/8℃),分析了播种后不同天数低温胁迫对番茄种子萌发的影响。结果表明:与对照(18℃/25℃)相比,低温胁迫处理的温度越低影响越大,当日最低温度达到5.0℃、日均温低于10.0℃(相当于低温胁迫处理7℃/12℃)时,对番茄种子萌发的影响较为严重;播种后越早经受低温影响越大,播种后3d内经受低温胁迫,番茄种子发芽势、发芽指数和萌发率均有较大的下降,播种6d后低温胁迫对其萌发指标的影响较小;低温胁迫影响种子萌发的原因主要是低温导致了α-淀粉酶活性下降,相对离子渗漏率增加,从而减缓了番茄种子贮藏物质的降解,影响了番茄种子萌发初期的物质与能量代谢,并增强了细胞膜的透性,导致外渗物增多。     

入侵杂草一年蓬的化感作用研究

用入侵杂草一年蓬(Erigeron annuus)地上部分的水浸提液对几种经济作物种子进行萌发培养实验,分别测定种子的最终萌发率、根长以及苗高来研究一年蓬是否存在他感作用。结果表明:(1)一年蓬的化感作用是存在的;(2)一年蓬水浸提液在高浓度下对作物种子萌发、根长和苗高均有明显的抑制作用,而在低浓度下则对长梗白菜、番茄的苗高具有促进生长的作用。     

花生种子萌发过程中胚轴多胺氧化酶的活性变化

研究花生(Arachis hypogaea)种子萌发过程中胚轴多胺氧化酶(PAO)的活性变化及其与种子萌发的关系表明：胚轴中的PAO活性是在种子萌发过程中逐渐形成的,而黑暗条件更有利于该酶的活性形成;放线菌素D(10mg／L)、环己酰亚胺(10mg／L)处理对种子萌发的抑制率分别为26.3％和87.3％,对胚轴PAO活性的抑制率分别为41.1％和94.0％,显示胚轴中的PAO很可能参与花生种子的萌发过程,且其mRNA在种子发育过程中已合成并贮存于种子中,萌发时PAO活性的出现主要是由于这些mRNA转译合成了PAO。     

乙烯消减盐渍胁迫对苜蓿种子萌发的抑制作用

在无盐条件下,外源乙烯对苜蓿种子萌发有促进作用,但对最终发芽率无影响。盐渍严重抑制苜蓿种子萌发,加入１～５０μｌ／Ｌ（ｖ／ｖ）外源乙烯或０．１～５．０ｍｍｏｌ／Ｌ１－氨基环丙烷－１－羧酸（ＡＣＣ）或５～１００ｍｇ／Ｌ（ｗ／ｖ）乙烯利（ＥＴＨ）均能极显著地减轻ＮａＣｌ对苜蓿种子萌发的抑制作用。激动素（ＫＴ）也有类似作用,并能促进萌发种子的乙烯产生,它与ＡＣＣ一起使用,则对种子萌发和乙烯产生均显示加成作用。在ＮａＣｌ胁迫下,应用乙烯和乙烯利虽有利萌发,但幼芽鲜重和下胚轴长度明显低于无盐对照。     

双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢的影响

双氯芬酸是一种新的全球性环境污染物,严重影响植物的生长发育,但其作用机制至今尚不清楚。本研究从双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢和活性氧代谢的影响入手,探讨双氯芬酸抑制植物细胞生长的作用机理。结果表明,双氯芬酸处理1 d后,显著抑制了烟草BY-2细胞的生长,引起细胞内活性氧(ROS)的爆发和积累,并导致烟草BY-2细胞死亡。双氯芬酸对烟草BY-2细胞的糖酵解途径(EMP)、三羧酸循环(TCA)和戊糖磷酸途径(PPP)三个碳代谢途径以及细胞色素氧化酶(COX)和交替氧化酶(AOX)参与的两条呼吸电子传递途径均有即时抑制作用。双氯芬酸可能通过抑制细胞线粒体呼吸电子传递链的活性,导致电子从呼吸链泄漏加速ROS的形成,并反馈抑制呼吸碳代谢途径,进而导致细胞内物质代谢和能量代谢紊乱,这些是双氯芬酸抑制烟草BY-2细胞生长、导致细胞死亡的重要原因。     

黄皮种子线粒体呼吸速率和活性氧清除酶活性对脱水的响应及其生态学意义

顽拗性种子脱落时具有较高的含水量和代谢活性, 对脱水高度敏感; 但顽拗性种子脱水敏感性的机理至今仍然不清楚。该文以顽拗性黄皮(Clausena lansium)种子为材料, 研究了种子和胚轴对水分丧失的响应, 在脱水过程中胚轴和子叶的呼吸速率, 胚轴和子叶线粒体的细胞色素c氧化酶(CCO)活性、外膜完整性、CCO和交替氧化酶(AOX)途径以及线粒体活性氧清除酶活性的变化。结果表明, 随着水分的丧失, 种子和胚轴的存活率逐渐下降, 种子的脱水敏感性大于胚轴; 胚轴和子叶的呼吸速率以及线粒体外膜的完整性降低。胚轴和子叶线粒体的CCO途径以及胚轴AOX途径的呼吸速率在脱水初期增加, 随着继续脱水下降, 胚轴线粒体AOX途径的呼吸速率则随着脱水显著下降。胚轴线粒体的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽还原酶(GR)活性和子叶线粒体的APX活性随着脱水迅速下降; 胚轴线粒体的脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性和子叶线粒体的SOD、DHAR和GR活性在脱水初期增加, 然后下降。这些数据表明黄皮种子的脱水敏感性与线粒体的呼吸速率和活性氧清除酶的活性降低密切相关, 也与长期适应热带/亚热带的生境有关。     

ABA对黑黄檀种子萌发的抑制作用以及其他植物激素对ABA的拮抗作用

以云南特有濒危树种黑黄檀(Dalbergia fusca)的种子为材料,研究了脱落酸(ABA)对种子萌发的抑制作用,以及种子萌发过程中吲哚乙酸(IAA)、赤霉酸(GA_3)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)和乙烯利对ABA的拮抗作用.黑黄檀种子萌发的适宜温度为30℃.交替光照(14 h光照和10 h黑暗)以及黑暗对种子萌发没有明显的影响.0.001～0.1 mmol/L ABA不影响种子的萌发率,但降低种子的萌发进程;1 mmol/L和2.5mmol/L ABA显著地抑制种子的萌发率和萌发进程.种子的萌发率不被0.0001～1 mmol/L IAA和GA3、0.0001～0.1 mmol/L 6-BA、以及0.001～10 mmol/L 乙烯利(乙烯供体)的影响,但被1 mmol/L 6-BA抑制.1mmol/L ABA对种子萌发的抑制作用能被0.01～1 mmol/L IAA、0.01～1 mmol/L GA3、0.001～0.1 mmol/L 6-BA和0.1～10 mmol/L乙烯利所拮抗,而且这种拈扰作用与植物激素的类型和浓度有关.0.01 mmol/L 6-BA和0.1 mmol/L乙烯利对l mmol/L ABA抑制作用的拈抗不能被添加0.001 mmol/L IAA或者O.001 mmol/L GA3加成.但0.1 mmol/L 乙烯利对1 mmol/L ABA抑制作用的拮抗能够被添加O.01 mmol/L 6-BA或者0.1 mmol/L 6-BA加成,导致更高的萌发率和幼苗生长.     

拟南芥突变体种子休眠与萌发的研究进展

种子的休眠和萌发是一个复杂的过程, 至今尚未能清楚阐明其调控机制。目前已从拟南芥突变体中鉴定了一些与种子萌发和休眠相关的基因, 有助于阐明种子休眠和萌发的分子机制。本文综述了拟南芥突变体种子休眠与萌发方面的研究进展。赤霉素是促进种子萌发的主要因素之一, RGL、SPY、GCR、SLY和GAR等基因的表达参与赤霉素对种子萌发的调控。脱落酸与种子休眠有关, ABI1、ABI2、ABI3、ABI4、ABI5、FUS3、LEC、MARD和CIPK等基因参与了脱落酸的调控过程。对3类乙烯反应的突变体 (ein、etr和ctr) 以及油菜素内酯突变体 (det和bri) 的研究表明乙烯和油菜素内酯是通过拮抗脱落酸而促进种子萌发的。光对种子萌发的调节, 是通过具有Ser/Thr蛋白激酶活性的光敏色素PhyA、PhyB、 PhyC、PhyD和PhyE, 以磷酸化/去磷酸化方式调节其它与萌发相关基因的表达。含氮化合物对种子萌发的促进, 可能是以一种依赖一氧化氮的方式解除种子休眠。     

棉花种子萌发过程中抗氰呼吸的变化及乙烯的诱导作用

抗氰呼吸是高等植物体内普遍存在的一种呼吸氧化电子传递途径。它对氧有较大的亲和力。早在1958年,Poliakoff-mayoer和Evenorl就发现莴苣(Lactucasativa)种子萌发过程中呼吸氧化除细胞色素