植物镁离子转运及镁胁迫响应机制研究进展

陈良碧,蔡 丹,张林安,宋绍文,罗 璇,陈依君,李俊峰,许 涛,毛丹丹

(湖南师范大学生命科学学院作物不育资源创新与利用湖南省重点实验室,中国湖南长沙410081)

镁离子(Mg2+)是植物细胞中含量十分丰富的二价阳离子,在植物生长发育中参与一系列重要生理生化过程,比如:它是叶绿素的组成成分,参与光合作用及碳水化合物代谢；是RNA酶、ATP酶等多种酶活反应的催化剂；参与活性氧代谢等过程[1～3]。自然环境中各种镁胁迫因素的存在严重威胁植物生长发育,制约着农业可持续发展[4～6]。因此,植物细胞中Mg2+稳态平衡对于维持植物正常生长发育极其重要。目前,植物Mg2+的吸收和转运、植物响应Mg2+胁迫的分子机制的研究取得了较好的进展。本文阐述了目前植物Mg2+转运以及应答镁营养胁迫的相关研究进展,以期推动植物镁营养利用的研究。

1 镁离子的生理功能

1.1 镁离子参与植物光合作用

光合作用是有机生命体能量和物质的来源,受到外部环境和内部信号的双重调控[2]。Mg2+是植物生长的必需元素,对光合作用至关重要。叶绿体是进行光合作用的主要场所,植株地上部约35%的镁被运输到叶绿体进行光合作用。这些镁不仅作为叶绿素的组成参与光反应,而且能够激活光合酶参与光合碳固定[2,4～7]。

Mg2+促进叶绿体类囊体膜的垛叠和类囊体之间的结合,抵御不良因子对类囊体膜的破坏,维持类囊体膜的正常生理功能,保证光能有效吸收、传递和转化[2,4～8]。另外,Mg2+能通过增加可变荧光与固定荧光的比值,提高光系统PSⅡ活性和原初光能转化效率[4],并且能调节激发能在叶绿体光系统PSⅠ和光系统PSⅡ之间的分配。……