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过氧化氢对高表达转玉米C4型pepc水稻光合特性的调控

2020-12-12阅读(382)

过氧化氢对高表达转玉米C4型pepc水稻光合特性的调控

论文摘要

在水稻中成功导入玉米C4型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Phosphoenolpymvate carboxylase,pepc）并高表达,光合作用得到明显提高。掀起用C4光合特性改造C3植物,以增强光合效率的热潮,且最终对通过提高植物光合作用提高水稻产量有重要的意义。近几年,随着高表达转玉米pepc基因水稻的稳定选育,越来越多的研究结果证明了高表达转玉米C4pepc基因水稻具有高光效特性和耐氧化胁迫的能力。作为氧化胁迫的主要作用分子,过氧化氢（H202）在高等植物细胞中有多种产生途径,不仅是损伤生物大分子的细胞毒性物质,还是细胞内重要的信号分子。H202作为信号分子可刺激细胞增殖,分化,迁移,凋亡以及介导动植物体对生物与非生物胁迫响应。在根毛的生长以及脱落酸（ABA）介导气孔运动等方面也发挥着关键作用。本文以高表达的转玉米C4pepc光合基因水稻（PC）及其原种（WT）为材料考察PC的光合特性与H202信号之间的可能关系。1首先,对实验材料分别施用介于信号传导和细胞毒害之间的不同外源H202浓度,分析在不同浓度下PC光合特性的表现,结果发现,与未用H202处理的WT相比,PC在0.5-5mmol/LH2O2浓度处理下,其净光合速率（Pn）在不同光强下均表现下降,与其气孔导度（Gs）的下降一致,这个抑制过程随光强的增加而减弱；而未转基因水稻WT则没有上述表现,推测PC可能通过低浓度的H202参与气孔运动的调节,从而影响其光合特性。2通过茎引入的方法,研究植物内源H202相关试剂,脱落酸ABA,磷脂酶D的抑制剂正丁醇（BA）,磷脂酶C的抑制剂新霉素（NS）,通过抑制NADPH氧化酶活性而减少内源H202产生的抑制剂氯化二亚苯基碘鎓（DPI）等对供试材料内源H202水平的影响。结果如下：ABA处理可以刺激PC和WT内源H202的产生,程度无明显差异。和WT相比,BA和DPI对PC处理后,H202水平明显被抑制。3考察内源H202对供试材料气孔导度（Gs）的影响。DPI和BA处理后,WT植株Gs随处理时间变化不大,而PC的Gs同样呈先升高后降低趋势,显示PC和WT内源H202的不同水平对气孔调节的差异。而用NS处理后,则两材料差异不明显。有关结果表明,PC体内H202对气孔的调节作用可能与磷脂酶D信号调控有关的。4考察内源H202对材料表观光合的影响。H202抑制剂DPI处理后,WT植株Pn随处理时间的延长变化不显著；而PC的Pn在处理30min后有明显增强的现象,显示了内源H2O2对PC和WT气孔的调节也影响了其光合的不同表现。BA和DPI处理的Pn结果也与其对Gs的影响结果有相似性。统计分析发现DPI处理和ABA处理后,材料气孔导度和净光合速率有显著相关性,显示内源H2O2的升高或降低都会促进气孔因素对光合速率的光合作用的贡献率。叶绿素荧光结果显示,所处理材料的光系统Ⅱ已受到明显影响,但是由于热耗散的增强,使整体植株并未处于明显胁迫状态。内源H2O2对PEPCase活性有一定调控作用,在用ABA处理后活性降低,而DPI处理后活性有所升高,可初步证明内源H202对PEPCase活性有抑制作用,但对pepc基因转录及蛋白表达没有明显影响,说明这种调控发生在翻译后阶段。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一部分 文献综述
  • 4 pepc作物的研究进展'>1 转C4pepc作物的研究进展
  • 4pepc转基因的研究'>2 C4pepc转基因的研究
  • 4型pepc基因水稻的生理特性'>3 高表达转玉米C4型pepc基因水稻的生理特性
  • 2O2）产生、清除及其所介导的信号转导'>4 植物细胞内过氧化氢（H2O2）产生、清除及其所介导的信号转导
  • 2O2产生'>4.1 植物细胞内H2O2产生
  • 2O2的清除'>4.2 植物细胞内H2O2的清除
  • 2O2信号转导途径研究进展'>4.3 植物细胞中的H2O2信号转导途径研究进展
  • 4.3.1 植物系统获得抗性（SAR）和细胞程序化死亡（PCD）
  • 2O2参与ABA调控的气孔关闭'>4.3.2 H2O2参与ABA调控的气孔关闭
  • 2O2参与植物生长发育'>4.3.3 H2O2参与植物生长发育
  • 2O2相关的信号转导'>4.3.4 H2O2相关的信号转导
  • 2O2调控的基因表达'>4.4 植物体内H2O2调控的基因表达
  • 5 选题意义及依据
  • 2O2对高表达转玉米C4PEPC水稻及原种光合特性的影响'>第二部分 外源H2O2对高表达转玉米C4PEPC水稻及原种光合特性的影响
  • 1 材料和方法
  • 1.1 实验材料
  • 1.2 处理
  • 1.3 净光合速率（Pn）测定
  • 1.4 数据处理
  • 2 结果与分析
  • 2.1 供试材料的光合特性和农艺性状比较
  • 2O2处理下供试材料净光合速率（Pn）的变化'>2.2 不同浓度外源H2O2处理下供试材料净光合速率（Pn）的变化
  • 2O2处理下供试材料气孔导度和胞间CO2浓度的变化'>2.3 不同浓度外源H2O2处理下供试材料气孔导度和胞间CO2浓度的变化
  • 2O2处理下材料水分利用效率（WUE）随光强的变化'>2.4 不同浓度外源H2O2处理下材料水分利用效率（WUE）随光强的变化
  • 2O2处理下光合参数的多元线性回归分析'>2.5 不同浓度H2O2处理下光合参数的多元线性回归分析
  • 3 讨论
  • 4pepc基因水稻内源H2O2产生及气孔导度的影响'>第三部分 不同抑制剂对高表达转玉米C4pepc基因水稻内源H2O2产生及气孔导度的影响
  • 1 材料与方法
  • 1.1 药品和试剂
  • 1.2 供试材料
  • 1.3 抑制剂的引入
  • 1.4 质膜脂肪酸组分检测
  • 2O2活体组织染色定位'>1.5 内源H2O2活体组织染色定位
  • 2O2含量'>1.6 内源H2O2含量
  • 1.7 蛋白含量测定
  • 1.8 NADPH氧化酶活性的测定
  • 1.9 气孔导度的测定
  • 1.10 数据统计分析
  • 2 结果与分析
  • 2.1 正丁醇对材料膜脂饱和度的影响
  • 4pepc水稻基因内源H2O2生成的影响'>2.2 不同时间处理下,ABA、BA、NS、DPI对高表达转玉米C4pepc水稻基因内源H2O2生成的影响
  • 2O2含量的影响以及NADPH氧化酶活性的变化'>2.3 ABA、BA、NS和DPI对供试材料内源H2O2含量的影响以及NADPH氧化酶活性的变化
  • 2.4 ABA、BA、NS和DP对供试材料气孔导度的影响
  • 3 小结与讨论
  • 2O2对高表达转玉米C4pepc水稻光合特性及叶绿素荧光特性的影响'>第四部分 内源H2O2对高表达转玉米C4pepc水稻光合特性及叶绿素荧光特性的影响
  • 1 材料和方法
  • 1.1 供试材料
  • 1.2 抑制剂的引入
  • 1.3 净光合速率测定
  • 1.4 叶绿素荧光测定
  • 1.5 PEPCase活性测定
  • 1.6 PEPC蛋白表达量
  • 1.7 pepc基因转录水平测定
  • 1.7.1 DNA及总RNA提取
  • 1.7.2 转录水平分析
  • 1.8 数据统计分析
  • 2 结果与分析
  • 2O2对高表达转玉米C4pepc水稻表观光合速率的影响'>2.1 内源H2O2对高表达转玉米C4pepc水稻表观光合速率的影响
  • 2O2对高表达转玉米C4pepc水稻叶绿素荧光参数的影响'>2.2 内源H2O2对高表达转玉米C4pepc水稻叶绿素荧光参数的影响
  • 2O2对高表达转玉米C4pepc水稻PEPCase活性的影响'>2.3 内源H2O2对高表达转玉米C4pepc水稻PEPCase活性的影响
  • 2O2对高表达转玉米C4pepc水稻pepc基因转录水平和PEPC蛋白表达量的影响'>2.4 内源H2O2对高表达转玉米C4pepc水稻pepc基因转录水平和PEPC蛋白表达量的影响
  • 3 讨论
  • 4 小结
  • 参考文献
  • 全文总结
  • 致谢
  • 硕士攻读期间发表论文

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