高级植物生理学：植物水分与抗旱生理(1)精选.pptVIP

水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的帮浦”一样。 演示课件 水通道是高效运输水的通道。 虽然水分子可以通过膜分子间隙自由扩散，但是这种运输效率不高。打个比方，细胞膜是墙，膜分子间隙是墙上的裂缝，水通道是穿墙的水管。 在细胞代谢活动中需要的水是相当可观的，仅靠墙上的裂缝怎么够呢？所以大部分的水还是要由水通道来运输的。 演示课件 1. 植物水分跨膜移动 有 2种途径： 扩散：单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞。 水集流：通过质膜上水孔蛋白（Aquaporins,AQP）中水通道(water channel)进入细胞。 演示课件 演示课件 演示课件 2. 水孔蛋白的发现 Agre等(1988)在分离纯化红细胞膜上的Rh多肽时，发现了一个28 kD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28(channel-forming inte—gral membrane protein，CHIP28) 。 在进行功能鉴定时，将体外转录合成的CHIP28 eDNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，发现在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5 min内破裂。 为进一步确定其功能，又将其构于蛋白磷脂体内，通过活化能及渗透系数的测定及后来的抑制剂敏感性等研究，证实其为水通道蛋白。 从此确定了细胞膜上存在一种分子量为28KD转运水的特异性通道蛋白，是水专一性通道蛋白。 Peter Agre教授因发现水通道蛋白获得2003年诺贝尔化学奖。 演示课件 其后，科学家陆续从哺乳动物、植物、微生物中鉴定出多种水通道蛋白，统称为“Aquaporins (AQPs)”。 从此水跨细胞膜转运的生物学研究进入了一个崭新阶段。 演示课件 3. 植物AQP的结构特征 与动物AQP一样，植物的AQP同属于一个古老的跨膜通道蛋白MIP（membrane intrinsic protein）超家族，分子量约为23~30KD，由6个跨膜结构通过五个亲水环相连和两端短的N、C-端组成。 演示课件 由5个短环相连，N末端、C末端以及B、D环位于细胞内，A环、C环及E环在细胞外。 C环和D环只是起连接作用的，而B环和E环才具有运输水分的作用。 演示课件 水通道蛋白的具体化学结构图 形成亲水通道的整合蛋白跨膜区域有两种组成形式： 由多个两性α螺旋组成亲水通道； 由两性β折叠组成亲水通道。 演示课件 演示课件 一些氨基酸残基在不同的AQP中很保守，例如位于第1、4个跨膜 结构域中的一个谷氨酸（E）残基，位于第3，6个跨膜结构域中的一个甘氨酸（G）残基等，这些保守残基可能对其结构和功能具有重要意义。 演示课件 演示课件 4.植物AQP的分类及其多样性 近年来在拟南芥、烟草、玉米、豌豆、水稻、向日葵、油菜等多种植物中都发现了AQPs的存在。 AQPs属于古老的通道蛋白MIP(major intrinsic proteins)成员，与动物和微生物相比，植物AQPs的类型显得更为丰富，并具有更大的多样性。 演示课件 演示课件 植物水分与抗旱生理专题 演示课件 任课教师：王渭玲所在单位：生命学院学历职称：博士，教授，博士生导师 联系方式: ylwwl@nwsuaf.edu.cn 演示课件 诸 言 没有水就没有生命。 从进化观点来看，水是生命的的发源地。地球上的一切生物都有是从水中发生、演变进化而来的。陆生植物、农作物也是从水生植物逐步进化而来的，这一时间大约是在4.5亿年前，是根与输导系统的进化的结果。 演示课件 水是植物体最重要的组成成分，植物的生长发育、细胞的新陈代谢只有在水分相当于饱和和状态下才能正常进行，也就是说水溶液的液体环境是大多数生理反应绝对必需的条件。 植物从环境中不断地吸收水分，以满足正常生命活动的需要。但是植物又不可避免地要丢失大量水分到环境中去。 植物水分代谢（water metabolism）：吸收、运输与利用、散失的过程。 演示课件 因干旱而龟裂的河道 由于干旱，人畜饮水困难 由于干旱，作物减产或绝收 演示课件 演示课件 ?随着植物激素类物质的不断发现及水分传输与蒸腾原理的深入阐明，利用抗蒸腾剂代谢抑制剂或生长促进剂等，在一定条件下可减轻干旱对农作物和经济植物造成的危害。 ?依据于不同水分条件对植物生长和生理过程影响的量化研究，提出了若干可用于品种抗旱性鉴定及田间适宜灌溉时间的生理指标。 ?根据对不同植物抗旱性和需水量系统比较研究结果，为旱区或缺水区的农业合理布局与建立节水型农业结构提供科学依据。 ?由于对植物耐旱性生理与分子机制的逐步深入阐明，为应用基因工程分离、鉴定、利用与耐旱有关基因、获取具有显著耐旱性状的转基因