不同烤煙基因型鉀離子通道特性研究

1、廣西植物Guihaia󰀁30(4):531-533󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年7月󰀁不同烤煙基因型鉀離子通道特性研究魯黎明(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,四川雅安625014)摘󰀁要:通過(guò)對(duì)4個(gè)不同鉀營(yíng)養(yǎng)效率的烤煙品種的根皮層細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)向跨膜鉀電流進(jìn)行全細(xì)胞記錄,研究鉀營(yíng)養(yǎng)效率不同的烤煙基因

2、型的鉀離子通道的特性。結(jié)果表明,NC89的電流密度(pA/pF)最高,約為󰀁80;其次是農(nóng)大202及凈葉黃,其電流密度分別為󰀁60及󰀁50;NC2326的電流密度在四個(gè)基因型中最小,大約󰀁40。結(jié)果表明,烤煙根皮層細(xì)胞質(zhì)膜跨膜內(nèi)向鉀電流的大小,與基因型對(duì)K+親和力及吸收能力的大小,以及烤煙基因型鉀營(yíng)養(yǎng)效率高低有著密切的關(guān)系,可以作為一個(gè)比較可靠的參考鑒定指標(biāo),指導(dǎo)K營(yíng)養(yǎng)高效的基因型的篩選與鑒定。關(guān)鍵詞:烤煙;鉀離子通道;內(nèi)向鉀電流中圖分類號(hào):S572󰀁󰀁文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A󰀁𘀀

3、1;文章編號(hào):1000󰀁3142(2010)04󰀁0531󰀁03+CharacteristicsofpotassiumchannelofdifferenttobaccogenotypesLULi󰀁Ming(CollegeofAgriculture,SichuanAgriculturalUniversity,Ya an625014,China)Abstract:Thecharacteristicsofrootcortexprotoplastwholecelltransmembranein󰀁wardK+currento

4、ffourflue󰀁curedtobaccogenotypeswithdifferentpotassiumuseefficiencywerestudied.Theresultsshowedthatthecurrentdensity(pA/pF)ofNC89(󰀁80)wasthehighestofallfourgenotypes,thenNongda202,JingyehuangandNC2326were󰀁60,󰀁50and󰀁40respectively.Theresultssuggestedthatthecurre

5、ntdensity(pA/pF)oftransmembranein󰀁wardK+currentwascloselyrelatedtothepotassiumabsorptionabilityandpotassiumuseefficiencyofflue󰀁curedto󰀁bacco,andcouldbeusedasaeffectivemethodtoscreenhighpotassiumuseefficiencyflue󰀁curedtobaccogenotype.Keywords:flue󰀁curedtobacco;

6、potassiumchannel;in󰀁wardK+current󰀁󰀁煙葉含鉀量是煙葉的一個(gè)重要的質(zhì)量因素。煙葉含鉀量高,能夠提高煙葉的燃燒性、填充力以及增加色澤、降低有害物質(zhì)的含量等(楊鐵釗等,2002),并因此具有較好的外觀質(zhì)量與內(nèi)在品質(zhì)。研究表明,不同植物及同一種植物的不同基因型之間,其葉片含鉀量及根系對(duì)鉀的吸收特性存在著較大的差異。對(duì)煙草而言,其基因型之間,在葉片含鉀量上也存在著顯著的差異,并且這種差異是可以穩(wěn)定遺傳的(牛佩蘭等,1996;周應(yīng)兵等,1998;楊鐵釗等,2006a)。為了闡明這種差異產(chǎn)生的機(jī)制,對(duì)不同遺󰀂傳

7、背景的植物進(jìn)行了生理特性如吸鉀能力及鉀的營(yíng)養(yǎng)效率等方面的研究。研究結(jié)果表明,吸收鉀能力強(qiáng)的基因型具有最大吸收速率Vmax較高,而米氏常數(shù)Km相對(duì)較小的特點(diǎn)(呂福堂等,2005;趙學(xué)強(qiáng)等,2006;鄒春琴等,2002;李廷軒等,2003)。在分子水平上,植物對(duì)K+的吸收,要靠質(zhì)膜上的K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)完成。通過(guò)在細(xì)胞水平上記錄根皮層細(xì)胞原生質(zhì)體跨膜內(nèi)向K+電流的大小,就可以在一定程度上反映植物吸收K+的能力。植物根細(xì)胞質(zhì)膜上的內(nèi)向K通道所介導(dǎo)的K的轉(zhuǎn)運(yùn),即為跨膜的內(nèi)+收稿日期:2008󰀁10󰀁26󰀁󰀁修回日期:2009󰀁

8、07󰀁17基金項(xiàng)目:四川省教育廳青年基金(07ZA073)SupportedbyYouthFoundationofEducationDepartmentofSichuanProvince(07ZA073),(mai532廣󰀁西󰀁植󰀁物󰀁󰀁󰀁+󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁♦

9、41;30卷向K+電流。Xu等(2006)利用膜片鉗技術(shù)對(duì)擬南芥突變體與野生型的根皮層原生質(zhì)體內(nèi)向K電流進(jìn)行了全細(xì)胞記錄,從而在細(xì)胞水平上,從K+的轉(zhuǎn)運(yùn)能力方面闡明了突變體對(duì)低鉀敏感的原因。在煙草方面,劉衛(wèi)群等(2005)以煙草為材料,對(duì)其根皮層原生質(zhì)體質(zhì)膜上的鉀通道的特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,內(nèi)向鉀通道在膜電壓低于󰀁40mV時(shí),可以被K+激活,該內(nèi)向鉀電流的Km約為15.2mmol!L,與低親和性鉀吸收的Km十分接近。然而,烤煙品種的不同基因型在根皮層原生質(zhì)體質(zhì)膜的內(nèi)向鉀電流的大小之間的差異的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)研究了4個(gè)烤煙品種根皮層原生質(zhì)體質(zhì)膜的內(nèi)向鉀電流的特性,以試圖

10、找出烤煙不同基因型之間跨膜內(nèi)向鉀電流的大小與其鉀的營(yíng)養(yǎng)效率之間是否存在某種程度的相關(guān)。󰀁1生質(zhì)體的分離。原生質(zhì)體的分離、全細(xì)胞內(nèi)向通道電流的記錄及通道性質(zhì)鑒定等方法,參見(jiàn)于川江等(1999)及劉衛(wèi)群等(2005)的方法進(jìn)行。2󰀁結(jié)果與分析圖1為煙草不同烤煙基因型根皮層原生質(zhì)體質(zhì)膜內(nèi)向鉀電流全細(xì)胞記錄的結(jié)果。+󰀁11󰀁材料與方法供試材料為NC89、NC2326、農(nóng)大202(ND202)及凈葉黃(JYH)。煙草種子經(jīng)表面消毒后,播種于MS培養(yǎng)基上,在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行全光照培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度為25,光照度為70󰀁mmol!m

11、󰀁2!s󰀁1。取在MS培養(yǎng)基上生長(zhǎng)28d的幼苗進(jìn)行根皮層原圖1󰀁煙草根皮層細(xì)胞內(nèi)向K+電流全細(xì)胞記錄圖Fig.1󰀁Wholecellrecordingofin󰀁wardK+currentoftobaccorootcortexcellA.全細(xì)胞記錄及電流與時(shí)間標(biāo)尺;B.全細(xì)胞跨膜電流密度與跨膜電壓關(guān)系曲線。ND202:農(nóng)大202;JYH:凈葉黃。Datashowwholecellcurrentrecordingandtimecourse(A)andtherelationofwholecellcurrentdensit

12、yandvoltageacrossmembrane(B).󰀁󰀁由圖1可以看出,烤煙各個(gè)基因型隨著膜電位偏向負(fù)值程度的加大,其內(nèi)向鉀電流的密度(pA/pF)也逐步加大,但其增加的幅度卻有明顯的不同。在膜電位達(dá)到󰀁180mV時(shí),各個(gè)基因型的電流密度均達(dá)到最大。其電流密度(pA/pF)的絕對(duì)值以,電流密度分別為󰀁60及󰀁50,而NC2326的電流密度最小,大約󰀁40。Epstein等(1963)認(rèn)為,高等植物對(duì)離子的吸收存在高親和與低親和兩種吸收機(jī)制。通過(guò)離子通道對(duì)離子的吸收是一個(gè)被動(dòng)的過(guò)程,也被認(rèn)為是一

13、種4期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁魯黎明:不同烤煙基因型鉀離子通道特性研究(劉衛(wèi)群等,2005;于川江等,1999),在胞外K+濃度從1mmol.L至10mmol!L變化時(shí),根據(jù)記錄到的內(nèi)向K+電流的大小所計(jì)算得出的K+吸收的平衡解離常數(shù)(Km)均大于10mmol!L󰀁1,表明高等植物根皮層細(xì)胞質(zhì)膜上的內(nèi)向K+通道所介導(dǎo)的主要是植物低親和性K吸收。所以,內(nèi)向鉀電流的大小在一定程度上反映了基因型對(duì)K+吸收能力的高

14、低。本研究結(jié)果說(shuō)明,在低親和性K+吸收狀態(tài)下,NC89對(duì)K的吸收能力最高,其次為農(nóng)大202及凈葉黃,吸收能力最低的是NC2326。+󰀁1󰀁1+533說(shuō)明,根皮層原生質(zhì)體內(nèi)向K+電流的大小,與烤煙品種對(duì)K吸收能力的高低密切相關(guān),在一定程度上決定了基因型的K+營(yíng)養(yǎng)效率。烤煙鉀含量的高低,對(duì)烤煙的外觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量有著十分重要的影響。選育鉀高效的煙草品種,對(duì)提高煙葉的質(zhì)量及對(duì)土壤鉀的利用效率具有重要的意義。而如何簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確地篩選出K+營(yíng)養(yǎng)效率高的基因型,則一直是人們所研究的課題。本研究通過(guò)對(duì)4個(gè)烤煙基因型的根皮層原生質(zhì)體全細(xì)胞內(nèi)向K+電流的研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)向K+電流

15、的大小,與烤煙品種對(duì)K+吸收能力及K+營(yíng)養(yǎng)效率具有十分密切的關(guān)系,可以作為一個(gè)比較可靠的參考鑒定指標(biāo),指導(dǎo)K+營(yíng)養(yǎng)高效的基因型的篩選與鑒定。3󰀁討論植物K吸收的實(shí)質(zhì),是K的跨膜運(yùn)輸。在分子水平上,植物對(duì)K+的吸收是由兩類不同的K+轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)完成的。根皮層細(xì)胞質(zhì)膜上的K+通道則主要介導(dǎo)了K的低親和吸收。K通道所介導(dǎo)的內(nèi)向K電流的大小,反映了K通道對(duì)K通透能力的高低。Xu等(2006)的研究發(fā)現(xiàn),擬南芥敲除突變體akt1、lks1以及cbl1cbl9的根皮層原生質(zhì)體內(nèi)向K電流大大低于野生型,并因此造成了突變體在低鉀培養(yǎng)基上由于不能吸收足量的K+而變黃的表型。因此,通過(guò)記錄根皮層原生

16、質(zhì)體全細(xì)胞內(nèi)向K電流的大小,就能夠在一定程度上判定植物對(duì)K吸收能力的強(qiáng)弱(Xu等,2006;于川江等,1999)。本研究通過(guò)對(duì)K+營(yíng)養(yǎng)效率不同的四個(gè)烤煙基因型的全細(xì)胞內(nèi)向K+電流的記錄發(fā)現(xiàn),不同K+營(yíng)養(yǎng)效率的烤煙基因型的內(nèi)向K電流有著顯著的不同。最大電流密度以NC89最高,其次為農(nóng)大202及凈葉黃,而NC2326的電流密度最小,植物對(duì)K+的營(yíng)養(yǎng)效率在不同的植物種類之間、同一種植物的不同基因型之間存在著顯著的差異,這種差異與植物根系對(duì)K+的吸收效率密切相關(guān)(李廷軒等,2003)。在本研究所采用的烤煙品種當(dāng)中,農(nóng)大202屬于高鉀型品種,在北方煙區(qū),其葉片含鉀量可達(dá)2.5%;而NC89、凈葉黃及NC

17、2326的葉片含鉀量則只有1.5%。楊鐵釗等(2006a,b)的研究表明,這四個(gè)品種葉片含鉀量不同,對(duì)鉀的吸收強(qiáng)度與積累效率也不同。農(nóng)大202屬于K的吸收利用高效型,凈葉黃則屬于K+吸收低效型。在本研究中,農(nóng)大202具有較高的電流密度,并因此具有較強(qiáng)的吸收鉀的能力。所以,本研究所得出的結(jié)+參考文獻(xiàn):EpsteinE,RainsDW,ElzamOE.1963.Resolutionofdualmecha󰀁nismofpotassiumabsorptionbybarleyrootsJ.ProNatAcadSciUSA,49:684-692LiTX(李廷軒),MaGR(馬國(guó)瑞).200

18、3.Screeninggrainamae󰀁anthsforgenotypesofthecapabilityofenrichmentinpotassium(籽粒莧富鉀基因型篩選研究)J.PlantNutFertSci(植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)),9(4):473-479LiuWQ(劉衛(wèi)群),WangWM(王衛(wèi)民),ShiYC(石永春),etal.2005.ThecharacterofinwardK+󰀁channelsintheplasmamem󰀁branefromtobaccorootcortexprotoplasts(煙草根皮層原生質(zhì)體質(zhì)膜鉀通道的特性

19、研究)J.JWuhanBotRes(武漢植物學(xué)研究),23(6):524-529L󰀁FT(呂福堂),ZhangXS(張秀省),ZhangBH(張保華),etal.2005.Studyontheabilityofpotassiumabsorptionandtoleranttolowpotassiumfordifferentgenotypemaize(不同玉米基因型吸鉀和耐低鉀能力的研究)J.PlantNutFertSci(植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)),11(4):556-559NiuPL(牛佩蘭),ShiY(石屹).1996.Studyonthedifferenceofpotassium

20、efficiencybetweentobaccogenotypes(煙草基因型間鉀效率差異研究初報(bào))J.TobSciTech(煙草科技),(1):33-35XuJ,LiHD,ChenLQ,etal.2006.Aproteinkinase,interactingwithtwocalcineurinB󰀁likeproteins,regulatesK+transporterAKT1inArabidopsisJ.Cell,125:1347-1360YangTZ(楊鐵釗),ChaoFC(晁逢春),DingYL(丁永樂(lè)),etal.2002.Analysisonpotassiumaccum

21、ulationcharacteristicsandgeneticvariationintobaccoleaves(煙草不同基因型葉片鉀積累特性及變異分析)J.ActaTabaSin(中國(guó)煙草學(xué)報(bào)),9(3):11-16YangTZ(楊鐵釗),FanJH(范進(jìn)華).2006a.Therootscharac󰀁teristicsofdifferentgenotypeflue󰀁curedtobaccovarietiesinab󰀁sorptionpotassium(不同基因型烤煙品種吸收鉀差異的根系特性研究)J.ActaAgricBoreal𘀀

22、1;OccidentSin(西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)),15(3):41-44YangTZ(楊鐵釗),PengYF(彭玉富).2006b.Potassiumaccu󰀁mulationcharacteristicsofrich󰀁potassiumgenotypicflue󰀁cured4期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁魏魯明等:革葉石豆蘭中國(guó)蘭科植物一新記錄種mm;花淡黃綠色,質(zhì)地較厚;中萼片長(zhǎng)卵形,長(zhǎng)3-4mm,中部寬2mm,先端

23、漸尖,具3條脈,僅中脈淡紫色且到達(dá)先端;側(cè)萼片斜卵狀三角形,長(zhǎng)3-4mm,中部寬2mm,基部貼生在蕊柱足上,先端近急尖,3條與中萼片相似的脈?；ò陿O小,橢圓狀披針形,長(zhǎng)約1.5mm,寬0.5-1mm,先端近急尖,具1447條脈。唇瓣肉質(zhì),舌形,基部具凹槽并且與蕊柱足末端連接而形成活動(dòng)關(guān)節(jié),從中部向下彎,長(zhǎng)約2mm,寬1-1.5mm,先端鈍,多少被乳突;蕊柱粗短,蕊柱齒近鐮刀狀;藥帽舌狀,被乳突。花期10月。󰀁󰀁China.Guizhou(貴州):Libo(荔波),MaolanNatureReserve(茂蘭自然保護(hù)區(qū)),Sanchahe(三岔圖1󰀁

24、;革葉石豆蘭Fig.1󰀁BulbophyllumxylophyllumPar.etRchb.f.1.生境Habitat;2.花序Inflorescence。河),Qinglongtan(青龍?zhí)?,onbroad󰀁leavedtrees,alongaravine(河旁的闊葉樹(shù)干上),alt.530m.2006󰀁10󰀁19,L.M.Wei(魏魯明)Mao󰀁Lan󰀁105(茂-蘭-105)(PE).參考文獻(xiàn):吉占和,陳心啟,羅毅波,等.1999.中國(guó)植物志(第19卷)M.北京:科學(xué)出版社:164-257K

25、ingG,PantlingR.1898.TheOrchidsofSikkim󰀁HimalayaJ.AnnalsoftheRoyalBotanicGardenCalcutta,8:67-96SeidenfadenG.1973.NotesonCirrhopetalumLindlJ.DanskBotaniskArkiv,29(1):7-260SeidenfadenG.1979.OrrchidGenerainThailand#.Bulbophyl󰀁lumThouJ.DanskBotaniskArkiv,33(3):7-223SeidenfadenG.1992.TheOrchidsofIndochinaJ.OperaBotan𘀀