外源性亞精胺對生物抗逆性的促進作用研究進展

張 鳳 何恩鵬 王國元 閆華偉

(新疆師范大學體育學院新疆師范大學運動人體科學重點實驗室 烏魯木齊 830054)

亞精胺(spermidine，Spd)是一種多胺(polyamines,PAs)。PAs是一類含有兩個或兩個以上氨基、具有強烈生物活性的低分子脂肪族化合物。常見的PAs主要包括二胺類的腐胺(putrescine, Put)、三胺類的精胺(spermine, Spm)和四胺類的Spd。Spd也稱精脒或N-(3-氨基丙基)-1,4-丁二胺，化學式為C7H22N3，分子量為145.2，熔點、沸點分別為22℃～25℃、128℃～130℃，密度為0.925 kg/m3。Spd廣泛存在于各種動物(包括人、大鼠、牛、羊、豬等[1])和植物(包括海洋浮游生物以及海藻等[2])的細胞中。是一種十分重要的痕量生物活性物質，直接參與生物體的許多生理活動，對動植物細胞的生長繁殖起著不可或缺的作用。本文綜述Spd對動植物抗逆性的促進作用研究進展。

1 亞精胺可提高植物的抗逆性

1.1 亞精胺可提高植物抗高溫氧化的能力 瞿金旺等采用農桿菌介導法將Spd合成酶(MdSPDSI,來自蘋果)基因分別轉入9個品種的柑橘胚性愈傷，及金錢橘和冰糖橙上胚軸。結果發現，當培養基pH等于5.4時，轉基因金錢橘葉片的電導率降低，植株的抗高溫、低溫脅迫性增強。該技術在美國、加拿大和中國等轉基因大豆、玉米、油菜上已經取得顯著成績，雖然農桿菌介導柑橘基因的轉化率還比較低。今后應該從多因素的角度進行研究，即可從菌株、培養條件、基因結構和篩選劑等方面著手，來優化轉化基因體系。

在此基礎上，田婧等[3,4]采用營養液水培法，研究了高溫環境下對黃瓜葉片噴灑外源Spd對黃瓜抗氧化系統的影響，結果發現外源Spd可有效緩解黃瓜幼苗在高溫脅迫下自由基對細胞膜的損傷程度，主要表現為：超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過氧化物酶(peroxidase，POD)和抗壞血酸過氧化物酶(ascorbic acid peroxidase，APX)的活性增強，抗壞血酸(ascorbic acid，AsA)和類胡蘿卜素(carotenoids，Car)的含量增多，植株的抗氧化能力相對提高[3]；在高溫脅迫下外源Spd處理的黃瓜葉片內脯氨酸含量逐漸升高，促進了維持氮素代謝和細胞質酸堿平衡[4]；利用雙向電泳和質譜分析的技術發現外源Spd處理的黃瓜幼苗葉片可溶性蛋白含量增加，進而可調控基因的表達。李秀等人則通過實驗發現，生姜片細胞內的葉綠體在晝、夜溫度分別為38℃和28℃的脅迫下，細胞的ROS反應加劇，而在生姜葉片噴灑0.5 mmol/L的Spd可降低高溫對生姜的損傷，表現為高溫下生姜葉綠體的生理功能更穩定，內源激素代謝維持正常[5]。

1.2 亞精胺可提高植物抗低氧脅迫的能力 李璟等[6]采用營養液水培法，以“中農8號”和“綠霸4號”為試材，測定低氧脅迫下兩個不同品種黃瓜根系中的SOD、POD和過氧化氫酶(catalase，CAT)的活性，發現根系中SOD、POD和CAT的活性均得以提高，幼苗鮮重和干重明顯增加，Spd和Spm含量上升，Put含量下降，提示水培法可提高酶的活性，從而提高黃瓜幼苗對低氧逆境的適應能力。賈永霞等[7]將不同濃度的外源Spd處理低氧脅迫下黃瓜幼苗根部和葉片，發現當營養液中添加Spd的濃度為0.05 mmol/L時，在低氧脅迫下黃瓜植株的生長速度加快，提示緩解了低氧脅迫對黃瓜植株的傷害，提高了黃瓜植株對低氧脅迫的抗逆性。

周晨楠等[14]通過營養液栽培的方法，以耐鹽性較弱的上海“合作903”番茄幼苗為試材，每天將濃度為1 mmol/L的Spd噴灑在75 mmol/L 的Ca(NO3)2脅迫下的番茄幼苗葉片上，并在連續噴灑9 d后與未處理的番茄植株作對比。研究發現，Spd處理過的番茄植株在Ca(NO3)2脅迫下的生長速度明顯比普通植株快，抗氧化酶活性增強，幼苗光合速度提高，提示Spd噴灑可以減少Ca(NO3)2對番茄幼苗的傷害。

1.4 亞精胺對提高植物抗鹽性和調節生理代謝的作用 江行玉等用外源鈣和Spd處理培養液，對NaCl脅迫下的玉米幼苗進行栽培，發現鈣離子和外源Spd對鹽脅迫下的玉米可穩定PAs的代謝、調控離子平衡和減少質膜的傷害，說明鈣和PAs代謝可能與鹽漬環境下玉米的生長存在一定的關系。

1.5 亞精胺可提高植物抗干旱脅迫的能力 張春梅等[13,14]在模擬干旱脅迫的環境中，將“主粉802”和“皇冠”兩個不同番茄品種作為試材，進行連續7d的營養液水培，實驗進行了兩次。實驗揭示，Spd促進了番茄幼苗體內糖類的轉化和利用，幼苗代謝更加平衡，體內合成碳水化合物的含量有明顯的變化；番茄幼苗的胞間CO2濃度顯著高于對照組，番茄幼苗的葉片氣孔導度、蒸騰速率和凈光合速率顯著降低。這些結果表明，外源Spd可顯著提高番茄植株的抗氧化能力和光合能力。閆剛等[15]通過同樣的方法，發現外源Spd可使這兩種番茄幼苗產生超氧陰離子的速率降低，H2O2和MDA的含量下降，提高SOD、POD、CAT、APX、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)、AsA和谷胱甘肽(glutathione,GSH)的活性,抑制ROS的積累和膜脂過氧化，提示外源Spd可使番茄植株的抗氧化能力和抗旱性提高。

申璐等[17]的研究則發現，Pb2+脅迫下的龍井茶樹葉片上噴灑Spd可有效提高龍井植株的抗氧化能力，增加可溶性蛋白和葉綠體的含量，降低葉片丙二醛和脯氨酸含量和電導率，提示葉片上噴灑Spd可明顯提高茶樹抗Pb2+的能力。

徐勤松等[18]模擬南北地區環境，將槐葉萍植株置于盛有0.1 mmol/L 的Hoaglang營養液的無底泥玻璃缸中培養，培養液用CdCl 2.2.5H2O處理，每天早8∶00和晚20∶00點各向葉片噴施5 mL Spd，且加少量吐溫和等體積的蒸餾水，每2 d換一次培養液，共7 d。結果發現,外施Spd可明顯緩解植株對鎘脅迫的傷害，包括減緩及推遲葉片失綠癥的發生；葉綠素和可溶性蛋白含量均升高。該結果表明，噴施Spd可改善植株的光合作用，刺激蛋白表達，以及維持抗氧化系統等。李陽等在此研究上對不同濃度鎘脅迫的荇菜進行噴灑Spd，結果發現鎘脅迫可以破壞荇菜細胞葉綠體結構，減少葉綠素含量，鎘離子濃度在1.1 mg/L和2 mg/L時，SOD、POD和CAT的活性達到高峰，而鎘離子的濃度下降時，其活性也隨之下降，從而表明Spd在一定程度上緩解了鎘脅迫對其的傷害[19]。

1.7 亞精胺可提高植物抗滲透脅迫的能力 段輝國等[20]用外源Spd處理處于滲透脅迫中的小麥幼苗葉片，發現外源Spd可顯著延緩小麥葉片水分、葉綠素a、葉綠素b、非水溶性和水溶性蛋白質含量的下降，能明顯降低脯氨酸和MDA的含量。史留功等[21]用外源Spd處理浸種的預麥18號和揚麥9號，結果發現在小麥受脅迫9 d后，揚麥9號的葉片相對電解質滲漏率上升幅度明顯大于預麥18號，而揚麥9號的幼苗相對干重增長速率和葉片相對含水量的下降幅度也明顯比預麥18號快，同時兩種小麥體內的Spd含量也明顯增加。2010年，宋維賢[22]以玉米為試材，也證明外源Spd可緩解滲透脅迫對玉米植株的傷害，提高玉米幼苗的抗滲透性。

2 亞精胺可提高動物的抗逆性

2.1 亞精胺可提高動物抗疲勞的能力 何恩鵬等對小鼠進行了胃灌Spd實驗，并附加每天45 min無負重游泳的研究，發現中劑量組和低劑量組Spd可以增加血清谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、肌酸激酶(creatine kinase, CK)、血清SOD、SDH的活性，明顯降低小鼠骨骼肌和血清中的MDA的含量，減少自由基的積累，提高骨骼肌細胞膜代謝能力和抗損傷能力，顯著推遲小鼠疲勞的發生。

2.2 亞精胺可提高動物抗衰老的能力 Shakan給小鼠做了胃灌Spd實驗，證明Spd可以升高小鼠的平均壽命。李琳等用不同濃度的鳙魚抗氧化肽處理果蠅和D-半乳糖致衰小鼠，發現鳙魚抗養化多肽可以顯著降低小鼠肝和腦組織中的MDA的含量，明顯提升小鼠肝、腦組織中的血清GSH-PX、SOD的活性，促進線粒體內Ga2+泵、Na+泵的活性，提示鳙魚抗氧化肽能延緩小鼠衰老。同年，SHaskan[23]則通過小鼠灌胃Spd實驗，證明多肽中的Spd可升高小鼠平均壽命。

2.3 亞精胺可提高動物對抗腫瘤的能力 楊聯河將藥效團與多胺基結合形成的多胺綴合物單萘酰亞胺 - 亞精胺(MNISpd)誘導進入人體宮頸癌Hela細胞，發現在48 h內，MNISpd的濃度影響Hela細胞的增殖與凋亡。具體結果為：MNISpd濃度小于6 μmol/L時，可誘導Hela細胞的周期阻滯在分裂間期的S期，進而可誘導Hela細胞在這個時期的增殖受到抑制；MNISpd濃度在6～9 μmol/L時，均可誘導Hela細胞凋亡；當MNISpd濃度等于9 μmol/L時，達到細胞凋亡的最適濃度。以上結果說明，MNISpd有望開發為抗腫瘤藥品。張軍在研究中再次證明了Spd可以降低Hela細胞活力和誘導Hela細胞凋亡，且依賴于Spd的濃度。

3 小結

Spd在動、植物生長的過程中起著至關重要的作用。研究表明，外源Spd能提高植物的抗逆性，能有效緩解各種脅迫對植株尤其是植物幼苗的傷害，對提高動物對抗疲勞、衰老和腫瘤的能力等有明顯的作用。在全球溫室效應加劇、環境污染問題日益突出的今天，利用Spd的生物活性為人類的動植物生產服務顯得越來越重要和迫切。相信隨著越來越多的生物科技工作者投入這一研究領域，Spd研究定會對人類的發展作出應有的貢獻。

(基金項目：國家自然科學基金地區科學基金項目，No.31160218；* 通訊作者)