H2O2和Ca2+/CaM参与了sHSP26保护的玉米叶绿体耐高温干旱复合胁迫

摘要

小热休克蛋白(sHSPs)对于提高植物响应逆境胁迫耐性起着重要的作用，且位于叶绿体的一些sHSPs在高温条件下对光系统Ⅱ(PSⅡ)起着保护作用。研究显示H2O2和Ca2+/CaM均可诱导植物体内HSPs的产生和叶绿体内抗氧化防护系统的提高，但对于H2O2在高温、干旱、高温干旱复合胁迫条件下对于玉米叶片sHSP26表达的影响，以及对于H2O2和Ca2+/CaM在高温、干旱和高温干旱复合胁迫条件下对于玉米叶片叶绿体内抗氧化防护系统的影响并不了解。因此本文主要探讨了高温、干旱和高温干旱复合胁迫条件下H2O2的积累对于sHSP26表达特性的影响，以及高温、干旱和高温干旱复合胁迫条件下H2O2和Ca2+/CaM对于叶绿体抗氧化防护酶活性及PSⅡ功能的影响。旨在确定高温干旱复合胁迫条件下，sHSP26在H2O2积累的条件下表达的影响及H2O2和Ca2+/CaM对叶绿体抗氧化防护酶和PSⅡ功能的影响。
　　本试验的主要材料为玉米“郑单958”，采用室内沙培和水培协作的方式，待长至第五片顶端叶片完全展开时作为试验材料。主要结果如下:
　　1、H2O2积累对高温、干旱及高温干旱复合胁迫下sHSP26表达量的影响
　　对植株分别进行干旱、高温、高温干旱复合胁迫处理8h。对于预处理的植株，我们选择用叶绿体诱导剂PQ(paraquat)预处理玉米植株8h，然后进行胁迫处理8h，取顶端展开的第五个叶片进行免疫印记检测，结果显示高温和高温干旱复合胁迫诱导的sHSP26表达量要高于对照和干旱处理的，而对照组和干旱组表达量几乎没有差异，说明高温诱导了sHSP26的表达。而使用PQ预处理的样品，sHSP26的表达量显著提高了，同样高温和高温干旱复合胁迫下诱导的sHSP26表达量要高于对照组和干旱组。说明H2O2的积累诱导了高温和高温干旱复合胁迫条件下sHSP26的表达。
　　2、PQ、EGTA、CaCl2、TFP、W7分别对干旱、高温及高温干旱复合胁迫下叶片叶绿体内的抗氧化防护酶的调节作用
　　结果显示，在干旱、高温和高温干旱复合胁迫下，叶绿体内的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性都有不同程度的增加。而且上升较为显著的是在高温和高温干旱复合胁迫的情况下。使用H2O2诱导剂PQ预处理的样品，三种叶绿体抗氧化防护酶的活性都有所升高，酶活性上升程度较高是在高温和高温干旱复合胁迫处理的情况下，较对照组和干旱组明显。使用Ca2+螯合剂EGTA[ethyleneglycol-bis(2-aminoethylether)-N，N，N'，N'-teraaceticacid]预处理的样品，三种叶绿体抗氧化防护酶活性显著下降，相比较未经预处理的样品，高温和高温干旱复合胁迫的下降程度更为明显。使用Ca2+诱导剂CaCl2预处理的样品，特征与PQ预处理的样品基本相似，但是CaCl2预处理的样品酶活性上升程度更为显著。使用CaM抑制剂TFP(trifluoperazine)和W7[N-(6-aminohexyl)-5-chloro-l-naphthalenesulfonamidehydrochloride]预处理的样品，得到与EGTA预处理相似的结果，都有较为明显的抑制效果。显示了H2O2和Ca2+/CaM参与了干旱高温干旱复合胁迫条件下叶绿体抗氧化防护酶的调控。
　　3、PQ、EGTA、CaCl2、TFP、W7分别对高温、干旱及高温干旱复合胁迫下PSⅡ功能的影响
　　在干旱、高温、高温干旱复合胁迫的情况下，PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ有效光化学量子产量（Fv'/Fm'）、实际光化学效应（φPSⅡ）、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)都明显降低，尤其是高温和高温干旱复合胁迫降低较为显著。Ca2+诱导剂CaCl2预处理的样品，对于PSⅡ功能的损坏有一定的缓解作用，在高温和高温干旱复合胁迫的情况下PSⅡ功能的恢复较为显著。使用H2O2诱导剂PQ和Ca2+螯合剂EGTA以及CaM抑制剂TFP、W7预处理的样品结果相似，都加剧了PSⅡ功能的损坏，在高温和高温干旱复合胁迫的情况下叶绿素荧光参数下降程度较为显著，光合作用受损程度较高，并且TFP预处理的样品对于PSⅡ功能的损伤最为严重。显示了Ca2+/CaM参与了干旱高温干旱复合胁迫条件下叶绿体的保护。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 HSPs

1．1．1 HSPs的种类和特点

1．1．2 植物sHSPs的特征及其逆境表达作用

1．2 ROS

1．2．1 ROS对植物的伤害

1．2．2 H2O2的产生

1．2．3 H2O2的抗逆性特征

1．3 Ca2+／CaM

1．3．1 钙的分布和作用

1．3．2 CaM的结构与功能

1．3．3 Ca2+／CaM的生理功能

1．4 叶绿素荧光参数

1．5 本研究的目的及意义

2 引言

3 材料与方法

3．1 材料

3．1．1 植物材料和胁迫处理

3．1．2 试验主要试剂耗材

3．1．3 试验主要仪器设备

3．1．4 试验常用试剂配置方法

3．2 Western blot检测sHSP26表达

3．2．1 叶片蛋白的提取和SDS-PAGE电泳

3．2．2 检测sHSP26表达

3．3 叶绿素荧光参数的测定

3．4 叶绿体内抗氧化防护酶的测定

3．4．1 叶绿体的提取和粗酶液的制备

3．4．2 超氧物歧化酶(SOD)的活性测定

3．4．3 谷胱甘肽还原酶(GR)的活性测定

3．4．4 抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性测定

3．4．5 考马斯亮蓝染色法测定蛋白(Bradford法)

4 结果与分析

4．1 H2O2的积累对不同胁迫条件下玉米叶片sHSP26蛋白表达的影响

4．2 H2O2的积累对不同胁迫条件下玉米叶绿体抗氧化防护酶的影响

4．3 Ca2+／CaM的积累对不同胁迫条件下玉米叶绿体抗氧化防护酶的影晌

4．4 H2O2和Ca2+／CaM的积累对不同胁迫条件下PSⅡ功能的影响和调节作用

4．4．1 H2O2的积累对不同胁迫条件下玉米叶绿素荧光参数的影响

4．4．2 Ca2+／CaM的积累对不同胁迫条件下玉米叶绿素荧光参数的影响

5 结论与讨论

5．1 H2O2参与了高温干旱复合胁迫条件下sHSP26对叶绿体的保护

5．2 Ca2+／CaM参与了高温干旱复合胁迫条件下sHSP26对叶绿体的保护

参考文献