俞灏明烧伤后复出南京师范大学博士学位论文杂交水稻剑叶衰老过程中UVB辐射对光合膜功能及蛋白组分的影响姓名 张美萍申请学位级别 博士专业 植物学指导教师 陈国祥20100514摘要摘要臭氧层的减薄使到达地表的 辐射增强 从而对地球上的生物构成严重。水稻是世界上最重要的粮食作物之一 也是禾本科作物生物学研究的模 南京师范大学博士学位论文杂交水稻剑叶衰老过程中UVB辐射对光合膜功能及蛋白组分的影响姓名 张美萍申请学位级别 博士专业 植物学指导教师 陈国祥20100514摘要摘要臭氧层的减薄使到达地表的 辐射增强 从而对地球上的生物构成严重。水稻是世界上最重要的粮食作物之一 也是禾本科作物生物学研究的模式植物。杂交水稻功能叶片早衰影响了产量的提高。针对 辐射增强、杂交水稻叶片早衰这些热点问题 本文选用杂交稻“两优培九”为研究材料 采用剂量为 水稻研究了剑叶光合膜蛋白、叶绿体结构、荧光参数、 、光合磷酸化、 活性等原初光能特征性指标的变化 结果如下 在自然衰老、 下 “两优培九”叶绿素含量呈逐渐下降趋势 高剂量 处理组下降幅度最大 类胡萝卜素在 后均呈先升高又下降的趋势 剑叶全展后 时高剂量 处理组的含量最高 呈逐渐升高又下降的趋势 处理组存在一个低峰。说明水稻叶片 开始衰老 一定剂量的 可以延缓叶片衰老 高剂量 加剧了衰老程度。 随着叶片衰老 含量呈上升趋势 剂量加剧了 含量升高。 随着剑叶的衰老 含量、光合磷酸化活性、 活性、放氧活性、电子传递链活性均呈先上升后下降的趋势 分别在剑叶全展后 时出现最高峰与自然衰老组相比 低剂量 处理组原初光能指标差异不显著 高剂量 处理组原初光能指标差异显著。 剑叶全展时叶绿体呈长椭圆形 基粒排列整齐 基粒类囊体垛叠多且排列致密整齐 叶绿体膜及类囊体膜清晰完整。低剂量 对叶绿体影响不显著高剂量 使叶绿体过早出现淀粉粒。随着叶片衰老叶绿体形态发生扭曲变形 被膜模糊 片层排列稀疏紊乱出现了质体小球。 辐射加速了叶绿体的结构和基质散失。随着剑叶的衰老 呈先升高后下降的趋势后达到最大值 剑叶衰老及 胁得光合结构的比活性值和 的结构发生变化。 用双向电泳检测到叶片衰老时出现 个差异蛋白点 个被上调 个被下调 时出现 个蛋白差异点 个被下调 个被上调。用质谱分析鉴定了 个差异表达蛋白 包括已知和未知的衰老和 响应蛋白。分析表明 这些蛋白主要参与水稻剑叶叶绿体结构组成 多肽参与糖代谢和能量代谢 如三磷酸腺苷合酶 亚基、 一二磷酸核酮糖羧化酶 力日氧酶大亚基。说明水稻在剑叶全展后 左右开始衰老 一定剂量 辐射可以延缓衰老 高剂量 辐射则加速了早衰。摘要本文研究了杂交稻剑叶衰老时的光合特性和光合膜蛋白组分的变化及 对其的影响 了水稻剑叶衰老及 影响水稻剑叶衰老的机制 为今后如何延缓由 引起的植物衰老提供了理论依据。关键词 高产杂交稻 剑叶 叶绿体衰老光合膜功能 光合膜蛋白 最大光化学效率丙二醛叶绿体聚丙烯酰胺凝胶电泳双向电泳固相 梯度甲基紫精 二氯酚靛酚丙烯酰胺甲叉双丙烯酰胺过硫酸铵等电聚焦基粒类囊体淀粉粒质体小球光系统 光系统 第一章前言杂交水稻剑叶衰老过程中 辐射对光合膜功能及蛋白组分的影响第一章前言水稻是世界上最重要的粮食作物全球半数以上人口以水稻为主食 同时也是禾本科作物生物学研究的模式植物【 年以来我国科学家用三系法和两系法育成的杂交水稻相继应用于农业生产 取得了巨大的社会和经济效益 尤其是近年来“两优培九”等高产杂交水稻品种的育成和推广 使得我国水稻生产发展到一个新水平 并获得了国际社会及研究同行的认可【 植物叶片衰老研究进展植物衰老一直是研究的热点问题。叶片是植物进行光合作用的重要器官在植物生长发育过程中起重要作用。叶片衰老是指导致叶片自然死亡的一系列恶化或退化过程【 它是细胞死亡的一种形式是受基因调控的系统 。叶片衰老是叶片生长发育的最终阶段 在其产物器官形成的关键时期 叶片衰老会引起光合作用的减退 这将极大程度地作物产量潜力的发挥【 】。叶片衰老是受核基因调控的有序过程 同时该过程也受光、温等因子的协同影响和调节 叶片衰老过程中 叶绿体衰老是最早发生、也是变化最直接、最灵敏的生理事件。 叶片衰老植物在衰老过程时叶片的形态、生理特征均会发生改变 具体表现为光合能力下降 细胞内物质降解、输出乃至细胞器解体 细胞死亡的有序事件 它最终表现为叶片死亡、脱落。叶片衰老的明显标志是叶色由绿变黄【 。同时因子也会影响植物的衰老 如光照、温度、水分、矿质营养及病害等。为了叶片衰老的机理 人们从不同角度先后提出了各种【 归纳起来主要有以下几种 基因 营养 激素平衡 基 光碳失衡。 基因这个认为 核基因对衰老进行控制是在叶片发育时和细胞内进行的 它控制着质体的衰老程度或者控制着与叶片衰老的启动有重要关系的某一物质的表达、合成 而引发、叶片衰老的起始 。叶绿体中的物质合成受两种基因第一章前言控制。叶绿体蛋白质和核酸合成的停止 造成酶活性和光合速率下降 引导质体的降解和明显的衰老 营养此认为叶片的衰老 特别如旗叶的衰老主要是个体发育进入生殖阶段 生殖器官对物的大量需求 对于源 不单单是旗叶叶片的物实行征调造成源叶片营养而导致功能衰退【 激素平衡该提出不存在一种特定的衰老激素 但已知的五大类激素的确和衰老有联系。生长素、细胞素和赤霉素可明显地推迟离体叶片的衰老 、乙烯可加速离体叶片衰老 在五类激素中 生长素抗衰老效果较小 赤霉素在一些情况下有效 细胞素推迟衰老最有效 但对整体植株的抗衰老效果比离体叶片差【 首先提出即衰老过程是细胞和组织中不断进行着的基损伤反应的总和【 】。氧基是叶绿体光氧化的必然产物 它可通过次生反应形成高反应性的 许多生物大 引起严重的性后果【 光碳失衡该认为光合功能衰退是电子传递与碳运转失衡而导致叶片衰老。张荣铣等【 】研究表明 叶片从出现到全展可溶性蛋白含量及酶量、酶活性均是呈先上升到最大再降低的趋势 但衰退速度变化较缓慢 属可逆衰退阶段。根据各光合参数在缓降期结束时的衰退程度可将其划分为三类。第一类 降低 以上的光合参数有 羧化酶蛋白量、可溶性蛋白量、 羧化酶初始活性和 加氧酶活性。第二类 降低 的光合参数有光合速率、气孔导度、叶肉导度、 羧化酶总活性、 反应活性和 酶活性。第三类 降低 以下的光合作用参数有 活性、 活性和叶绿素含量。从各指标的下降速率比较研究可以发现 叶片衰老期间 羧化酶含量、 羧化酶初始活性及加氧酶活性的衰退速率快于 和叶绿素含量在正常情况下叶中的光系统通过光合电子传递生成光合还原物质供应叶绿体的碳、氮 反应和能量的供求关系处于匹配的动态平衡之中 光合机构运转正常 但是由于衰老叶片中的羧化酶活性下降速度较快 从而打破能量的供需平衡 使光合碳循环消耗的 减少叶绿体中电子受体 第一章前言 还原态将电子传递给 形成超氧阴离子 在植物体内催化超氧阴离子基的歧化作用成为氧和 植物细胞内的超氧阴离子的清除约 影响植物叶片衰老的因子内外部因素可以植物叶片衰老如植物器官之间的关系、开花受精与种子萌发、氧化、水分、激素水平等 这些因素最终影响相关基因的表达并参与叶片的衰老过程 进而影响到植物的根、茎及其生殖器官的发育【 】。在下 、温度、干旱、弱光其他器官与叶片竞争必要的因子将影响叶片衰老 原因可能是 如果干旱时植物叶片大量脱落 将优先生长部位的水分供应 恢复供水后又长出新叶 其他器官对叶片的水分和营养的竞争 也可以加速叶片衰老 缺乏时旺盛生长部位对这些元素的竞争力加强 叶片加速衰老 补充 后可延缓叶片衰老另外源库关系是不断变化的 器官形成期叶片是主要的源器官 两者比例失调对叶片衰老有十分重要的影响 库活性降低时 营养物质的输出受阻 反馈光合作用 超过一定阈值就引起叶片衰老【 叶片衰老的调控衰老是植物发育、生长到一定阶段或当植物达到一定生殖年龄时的重要生理过程。植物生活在良好的中叶片也会衰老 不同条件下调节衰老的起始信号不同。叶片衰老过程受内外许多因子如植物生长调节剂、 如温度、干旱、弱光 、营养供给和病原体侵染 以及它们之间复杂的相互作用的影响【 】。研究在不同的衰老条件下叶片衰老的调控 对提高作物的产量有重要的影响。 叶片衰老中代谢产物的调控叶片衰老过程中发生许多降解反应。研究表明 衰老过程中活性氧代谢发生很大的变化【 过氧化物酶体中产生过多的超氧基和过氧化氢过氧化氢酶活性下降 显示过氧化物酶体在叶片衰老的基因调控中有重要作用。 等田】研究烟草叶片整个发育阶段中碳水化合物、氨基酸和无机氮代谢表明 叶片中碳、氮源含量的急剧变化在调节叶片衰老中起作用 糖可能是叶片衰老的信号。 等认为 光合作用受抑时 暗的基因表达与糖饥饿有关团】。增加 的含量会光合作用基因的表达 但这并不能证明糖的积累是叶片衰老起始的信号【 促进叶片、花衰老脱落乙烯也可促进花和叶片的衰老 同时引起果实的成熟【 有些对乙烯不的突变体植株如 等表现出叶片衰老推迟的现象冈。控制叶片衰老目前主要是采用调节植物激素的方法。采用细胞素处理植物 会延迟叶片衰老。细胞素主要在根部合成 通过木质部转移到植物其它部分。研究表明衰老开始时植物木质部的细胞素含量下降 这可能是衰老起始的信号 。研究衰老启动子 的结果表明 受严格的发育时期调控 叶片衰老前 或激素对转基因植株不产生影响 衰老开始后 或激素会影响衰老的发育过程【 】。乙烯在叶片衰老中有调节作用 研究表明 乙烯对衰老有一定的影响 但不是衰老过程中的重要调节因子 。目前 乙烯调控衰老速度的机制仍不清楚 它可能会增强调控信号之间的相互作用。 叶片衰老的基因工程现已从 种农作物中克隆出了相应的衰老相关基因 水稻 基因、 基因 、拟南芥 基因、 克隆 、小麦 基因 基因、番茄 、黄瓜基因 、南瓜 异柠檬酸裂解酶基因、苹果酸合成酶基因 、油菜 等获得转核酸酶基因的拟南芥植株 延缓拟南芥衰老【 】。采用基因工程延迟叶片的衰老时 不仅要使作物衰老延缓 还要保持作物相对高的光合作用活性。有人研究转基因植物生理特性时发现 有些转基因植物的叶片虽然维持了绿色 但其光合作用的能力不高或【 在水平上衰老期间的基因表达存在 种模式 即基因激活、表达增强、部分和完全 】。植物衰老中 表达上升的如蛋白酶、核酸酶等 参与营养物质分解代谢的酶类及参与叶绿素和叶绿体分解的酶类、衰老调控蛋白因子等【 紫外线对植物影响的研究进展随着人类社会的不断进步工业化进程的推进 不可避免地带来了大气污染 尤其是人类活动所产生的氯氟烃类和其它化学物质 又引起了臭氧 浓度的下降 臭氧层在不断变薄 使得到达地面的紫外辐射增强口 。国际问题科学委员会 杂交水稻剑叶衰老过程中UVB辐射对光合膜功能及蛋白组分的影响杂交,光合,作用,UvB,影响,衰老的影响,剑叶光合,衰老及,衰老影响,光合功能
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