转BADH基因烟草提高抗冷性的研究

论文摘要

本研究以转甜菜碱醛脱氢酶（BADH）基因的烟草（Nicotiana tabacum）K326和野生型K326两种烟草为材料,研究转BADH基因烟草对低温的抗性机理。主要结果如下:（1）低温胁迫降低烟草的光合速率。野生型烟草光合速率的下降更明显。低温胁迫下转BADH基因烟草维持较高的光合速率,提高光合作用对低温的抗性。（2）叶绿素荧光分析结果表明:转BADH基因烟草提高了PSII对低温胁迫的抗性。这种抗性的提高与放氧复合体和PSII反应中心对低温胁迫的抗性提高有关。（3）低温胁迫下烟草体内H2O2 , O2-的积累明显增加,转BADH基因烟草体内活性氧的积累较少。低温胁迫下转BADH基因烟草通过维持较高的抗氧化物酶活性和较高的抗氧化物的含量以增强活性氧清除能力,减轻活性氧对光合机构的伤害。（4）低温胁迫下转BADH基因烟草中cFBPase的活性高于野生型,同时,体内蔗糖含量也明显高于野生型。（5）转基因烟草在低温胁迫下,类囊体膜脂组分含量发生变化,这有利于增加双层膜的稳定性。转BADH基因烟草能够维持较高水平的PG含量,有利于缓解与PG特异结合的光系统II捕光色素复合体的降解。（6）转BADH基因烟草提高了多聚不饱和脂肪酸的比例,从而维持了低温胁迫下膜较好的流动性,缓解了低温对类囊体膜的伤害。转基因烟草在低温胁迫期间能够维持较高水平的PG中16:1（3t）组分的含量。（7）烟草中HSP70的表达被低温诱导,并且低温胁迫下转BADH基因烟草中HSP70含量明显高于野生型。低温胁迫下,转BADH基因烟草类囊体膜上HSP70的积累可能与对光合作用有关的膜蛋白的保护有关。综上所述,转BADH基因烟草抗冷性提高的原因主要包括以下方面:（1）通过维持较高的活性氧清除能力减轻了活性氧对放氧复合体等光合机构的损伤,维持较高的PSII光化学活性。通过维持较高的cFBPase活性缓解了光合产物积累对光合作用的反馈抑制。转基因烟草提高了光合作用对低温的抗性。（2）通过对类囊体膜脂组分和含量的影响,转BADH基因烟草提高了低温下类囊体膜的稳定性,有利于膜功能的维持。（3）通过影响HSP70的表达,提高了转BADH基因烟草的抗冷性。

论文目录

• 英文符号及中英文对照表
• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 甜菜碱的生理功能
• 1.1.1 参与细胞渗透调节作用
• 1.1.2 甜菜碱的“非渗透调节作用”
• 1.1.3 影响其它相容性物质在植株体内的含量和分布
• 1.1.4 影响相关基因表达
• 1.2 甜菜碱基因工程
• 1.3 低温胁迫对植物的影响
• 1.3.1 低温对光合作用能量平衡的影响
• 1.3.2 低温对生物膜的影响
• 1.4 植物热激蛋白的研究进展
• 1.5 本研究的目的和意义
• 2 材料与方法
• 2.1 转基因植物的获得
• 2.2 生长条件
• 2.3 材料处理
• 2.4 测定方法
• 2.4.1 水分含量测定
• 2.4.2 叶绿素含量测定
• 2.4.3 叶片气体交换参数的测定
• 2.4.4 调制式荧光仪荧光参数的测定
• 2.4.5 快速叶绿素荧光诱导曲线的测定
• 2.4.6 超氧阴离子自由基和过氧化氢含量的测定
• 2.4.7 丙二醛含量测定
• 2.4.8 抗氧化酶活性测定
• 2.4.9 抗氧化物质的提取和测定
• 2.4.10 类囊体膜极性脂的提取和脂肪酸组分分析
• 2.4.10.1 极性脂的提取与分析
• 2.4.10.2 极性脂分离
• 2.4.10.3 脂类的甲酯化
• 2.4.10.4 气相层析条件
• 2.4.11 类囊体膜的制备以及尿素-SDS-PAGE 蛋白质电泳
• 2.4.12 胞质FBPase 活性的测定
• 2.4.13 叶绿体基质及类囊体膜中 HSP70 的提取、聚丙烯酰胺凝胶电泳和蛋白免疫印迹
• 2.4.13.1 叶绿体基质和类囊体膜中HSP70 的提取
• 2.4.13.2 聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
• 2.4.13.3 半干法蛋白转移
• 2.4.13.4 封闭及杂交
• 2.4.13.5 显色反应
• 2.5 试验数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 低温胁迫下转BADH 基因烟草光合作用的维持
• 3.1.1 低温胁迫下转BADH 基因烟草外部形态的变化
• 3.1.2 低温胁迫下转BADH 基因烟草叶片相对含水量和干重的变化
• 3.1.3 低温胁迫下转BADH 基因烟草叶片光合速率的变化
• 3.1.4 低温胁迫转BADH 基因烟草叶片叶绿素含量的变化
• 3.1.5 低温胁迫下转BADH 基因烟草叶片PSⅡ功能的维持
• 3.1.6 低温胁迫对单位横截面积上能量流动参数的影响
• 3.1.7 低温胁迫对快速叶绿素荧光诱导曲线（O-J-I-P）的影响
• 3.1.8 低温胁迫下转BADH 基因烟草抗氧化酶活性和抗氧化物质的含量
• 3.1.9 低温胁迫下转BADH 基因烟草叶片蔗糖含量和cFBPase 活性
• 3.2 低温胁迫下转BADH 基因烟草膜功能维持
• 3.2.1 低温胁迫对烟草叶片膜脂过氧化和膜透性的影响
• 3.2.2 低温胁迫对烟草叶片类囊体膜脂含量的影响
• 3.2.3 低温胁迫对烟草叶片类囊体膜脂肪酸组分的影响
• 3.2.4 低温胁迫对烟草叶片类囊体膜脂肪酸不饱和指数（IUFA）的影响
• 3.2.5 低温胁迫对烟草类囊体膜蛋白的影响
• 3.3 低温胁迫对烟草叶片脯氨酸和可溶性糖含量的影响
• 3.4 低温胁迫对烟草 HSP70 含量的影响
• 4 讨论
• 4.1 转 BADH 基因烟草光合作用对低温的响应
• 4.2 甜菜碱缓解低温下的光抑制
• 4.3 甜菜碱维持蛋白质和酶的稳定性
• 4.4 甜菜碱维持低温胁迫下类囊体膜的稳定
• 4.5 转 BADH 基因烟草中 HSP70 对低温胁迫的响应
• 5 结论
• 6 参考文献
• 致谢