论文摘要
我国西北地区果树在生长发育过程中经常受到干旱、高温及强光等逆境胁迫,影响其正常生长和发育。抗坏血酸（Ascorbic acid,AsA）即维生素C,是植物体内高丰度小分子抗氧化物质,它在植物抵抗氧化胁迫中具有重要作用。L-半乳糖酸是抗坏血酸合成的主要途径,L-半乳糖酸脱氢酶（GalDH）和L-半乳糖酸-1,4-内酯脱氢酶（GalLDH）是公认的植物AsA合成的主要途径L-半乳糖途径中AsA合成的最后两步反应的酶,其活性大小与体内AsA含量存在一定的关系。抗坏血酸-谷胱甘肽循环（AsA-GSH）是AsA再生的主要途径,在这个循环中,AsA作为抗坏血酸过氧化物酶（APX）的电子供体以清除H2O2,氧化生成的单脱氢抗坏血酸（MDHA）一方面可经单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）还原,另一方面可歧化生成AsA和脱氢抗坏血酸（DHA）,脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）利用GSH作为电子供体可将DHA还原为AsA,产生的氧化型谷胱甘肽（GSSG）又可被谷胱甘肽还原酶（GR）再还原为GSH,从而完成清除H2O2等活性氧（ROS）并再生AsA的过程。本文以苹果主栽品种嘎拉（Malus domestica Borkh. cv Gala）叶片和果实为试材,研究了AsA-GSH循环各组分水平、氧化还原状态、代谢相关酶活性及基因表达在干旱、高温及光等逆境胁迫过程和套袋果实生长发育过程中及解袋后的变化,以探索AsA代谢对逆境胁迫响应的分子及生理机理,为研究果树AsA代谢在抗氧化胁迫中的作用提供理论依据。取得的主要研究结果如下:1.将2年生嘎拉苹果盆栽苗在40℃高温处理0,2,4,6,8 h（28℃为对照）,苹果叶片相对膜透性、MDA和H2O2含量随高温处理时间的延长而增加。AsA-GSH循环中,总抗坏血酸、AsA、总谷胱甘肽和GSH含量在高温处理2 h时达最大,之后开始下降;AsA/DHA、GSH/GSSG比值均随高温处理时间的延长而下降;GalDH和GalLDH的基因表达水平亦在高温处理2 h达到最大,之后开始下降。APX、DHAR、MDHAR和GR活性均在高温处理4 h时增至最强;APX、DHAR和GR在mRNA水平上的表达及活性与对应酶活性变化趋势一致。说明随着高温处理时间的延长,AsA-GSH循环系统的防御能力在达到最大防御机能后下降。2.在干旱胁迫及复水条件下,2年生苹果品种嘎拉盆栽苗叶片相对膜透性、MDA和H2O2含量随干旱胁迫程度的加重而增加,复水后降低。AsA-GSH循环各组分水平,APX、DHAR、GR、GalDH和GalLDH的基因表达水平在胁迫期间均有所上升,并在田间持水量达到40%45%时达到最大,之后随干旱胁迫程度的加深,抗坏血酸库、谷胱甘肽库、抗坏血酸代谢相关酶活性及基因表达量开始下降。复水后各酶活性与基因表达水平及AsA和GSH含量有所下降,AsA/DHA、GSH/GSSG虽然仍低于对照,但呈现了缓慢上升的趋势。这说明苹果植株可通过调节AsA合成及再生酶活性来调节AsA含量,从而增强抵御干旱胁迫的能力。3.随强光处理时间的延长,2年生嘎拉苹果盆栽苗叶片相对膜透性、MDA和H2O2含量,AsA-GSH循环各组分水平和APX、DHAR、GR、GalDH和GalLDH在mRNA水平上的基因表达量均有所上升。总抗坏血酸、AsA、总谷胱甘肽和GSH含量在强光处理4 h时达最大,之后开始下降,并低于对照（总谷胱甘肽除外）;AsA/DHA、GSH/GSSG比值均随强光处理时间的延长而下降;GalDH和GalLDH的基因表达水平亦在强光处理4 h达到最大,之后开始下降;APX、DHAR、MDHAR和GR等酶活性在强光处理6 h时达最大,APX、DHAR和GR在mRNA水平上的表达量与对应酶活性变化趋势一致。说明随着强光处理时间的延长,AsA-GSH循环可保护植物有机体及其正常代谢免于氧化胁迫造成的伤害,在抵制植物体内ROS的损伤过程中起重要作用。4.在嘎拉苹果果实生长发育过程中,套袋嘎拉苹果果皮AsA-GSH循环各组分水平,APX、DHAR、GR、GalDH和GalLDH的基因在mRNA表达水平上的表达量均低于未套袋果实。这说明套袋造成的长期遮光环境降低了苹果果皮中AsA-GSH循环各组分水平。套袋果实与未套袋果实抗坏血酸库含量均在幼果果皮中最高,成熟果果皮中最低;谷胱甘肽库含量则在幼果果皮中最低（GSSG除外）。同时,有助于AsA再生的DHAR、MDHAR、GR活性均在成熟果实中最低,并伴有APX活性的下降。5.解袋后随光照天数的增加,嘎拉苹果果实AsA再生酶APX、MDHAR、DHAR和GR活性及APX、DHAR和GR基因在mRNA水平上的表达量均逐渐升高;抗坏血酸库和谷胱甘肽库含量上升,AsA/DHA和GSH/GSSG比值下降,GalDH和GalLDH的基因在mRNA表达水平上的表达量升高。这说明解袋后苹果果皮直接由无光转为光照环境会引起植物体内ROS的积累,AsA-GSH循环可保护植物有机体及其正常代谢免于氧化胁迫造成的伤害。总之,干旱、高温和光等逆境可导致苹果AsA代谢发生改变,引起苹果AsA合成和再生能力的提高,维持AsA含量和氧化还原状态的平衡,从而提高了苹果抵御逆境的能力,但随着氧化胁迫程度加强,其含量和相关代谢酶活性及表达量开始下降。
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标签：苹果论文; 逆境论文; 抗坏血酸谷胱甘肽循环论文; 酶活性论文; 基因表达论文;