葡萄糖-6-磷酸脱氢酶在大豆幼苗干旱适应性中的调节作用研究

摘要

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)是磷酸戊糖途径的关键性限速酶，为生物合成提供还原力NADPH以及调节生物体内的氧化还原状态，参与植物生长发育的调节和环境胁迫的响应。然而，对于干旱胁迫下G6PDH的应答机制及其调节作用有待进一步研究。本论文以聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫，主要探讨了干旱胁迫下大豆幼苗根中G6PDH活性变化模式，G6PDH活性的信号调节机制以及G6PDH在干旱适应性中的调节作用。主要获得了以下结果:
　　随着PEG浓度增大，相对含水量逐渐降低，相对电导率和丙二醛含量显著升高，活性氧(O2-·和H2O2)呈现先升后降的变化趋势;渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖迅速积累，抗氧化酶(SOD、POD、APX和CAT)活性均表现出先增后降的变化趋势。15％PEG处理时，植株表现出严重萎蔫，当PEG浓度达到20％时能导致植株死亡，表明该品种大豆对干旱的耐受性为PEG处理浓度小于20％。
　　干旱胁迫处理增加了总G6PDH活性和胞质G6PDH活性，而对质体G6PDH活性无显著影响。随着PEG浓度增加，总G6PDH活性和胞质G6PDH活性先升后降，在10％PEG处理时活性达到最高;10％PEG处理下，随着时间的延长，总G6PDH活性和胞质G6PDH活性呈现出先升后降的变化趋势，且在处理24h时活性达到最大。
　　干旱胁迫引发了ABA和H2O2的迅速产生，且二者表现出与G6PDH活性变化类似的趋势。外源ABA和H2O2处理均增加了总G6PDH活性和胞质G6PDH活性，而Na2WO4（ABA生物合成抑制剂）和KI（H2O2清除剂）处理则显著地降低了ABA和H2O2含量以及总G6PDH活性和胞质G6PDH活性，表明ABA和H2O2对干旱诱导的G6PDH活性起正调作用;此外，干旱胁迫下DPI（质膜NADPH氧化酶抑制剂）处理表现出与KI一样的作用效果，显著抑制了H2O2的产生以及总G6PDH活性和胞质G6PDH活性，表明干旱诱导的H2O2产生来源于质膜NADPH氧化酶介导的途径。进一步研究结果显示，干旱胁迫下ABA通过激活质膜NADPH氧化酶活性诱导了H2O2的产生。干旱胁迫下外源SNP(NO供体)处理抑制了总G6PDH活性和胞质G6PDH活性，而L-NNA(NO生物合成抑制剂)处理则抑制了NO产生以及增加了总G6PDH活性和胞质G6PDH活性，表明NO对干旱诱导的G6PDH活性起负调作用。
　　干旱胁迫增加了还原型谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(ASA)的含量以及GSH/GSSG和ASA/DHA比值，而添加GN6P(G6PDH抑制剂)处理则显著抑制了干旱胁迫的这种作用效果;此外，干旱处理也明显诱导了ASA-GSH循环中关键酶(GR、GPX、MDHAR和DHAR)活性的增强，这种增强效果也同样可被GN6P所逆转。
　　综上所述，干旱诱导的大豆根中G6PDH活性来自于胞质G6PDH活性的增强;ABA和H2O2介导了干旱胁迫诱导的G6PDH活性的增强，且在这一过程中H2O2是作用于ABA下游的信号分子;增强的胞质G6PDH活性通过调节ASA-GSH循环中关键酶(GR、GPX、MDHAR和DHAR)活性来维持高水平的GSH和ASA以及GSH/GSSG和ASA/DHA比值，从而提高清除活性氧的能力，使植物体内的氧化还原状态达到新的平衡，增强植物对干旱的耐受性。

目录

摘要

缩略语

第一章 引言

1．1 干旱胁迫抑制植物生长

1．1．1 干旱胁迫抑制植物形态生长

1．1．2 干旱胁迫抑制植物细胞生长

1．2 干旱胁迫抑制植物生长的机理

1．2．1 干旱胁迫抑制光合作用

1．2．2 干旱胁迫抑制呼吸作用

1．2．3 干旱胁迫诱发活性氧积累

1．3 植物对干旱胁迫的适应性机制

1．3．1 渗透调节

1．3．2 气孔运动

1．3．3 抗氧化系统调节

1．4 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的研究进展

1．4．1 植物G6PDH的特性和分布

1．4．2 植物G6PDH的基因研究进展

1．4．3 植物G6PDH的生理功能

1．5 干旱胁迫下信号分子的产生和作用

1．5．1 ABA在干旱胁迫下的产生和作用

1．5．2 H2O2在干旱胁迫下的产生和作用

1．5．3 NO在干旱胁迫下的产生和作用

1．5．4 ABA、H2O2和NO的关系

1．6 本研究的目的和意义

第二章 材料和方法

2．1 实验材料和处理方法

2．2 实验方法

2．2．1 相对含水量的测定

2．2．2 相对电导率的测定

2．2．3 丙二醛含量的测定

2．2．4 脯氨酸含量的测定

2．2．5 可溶性糖含量的测定

2．2．6 H2O2含量的测定

2．2．7 O2-·含量的测定

2．2．8 抗氧化酶活性的测定

2．2．9 G6PDH的活性测定

2．2．10 ABA含量测定

2．2．11 NADPH氧化酶含量测定

2．2．12 NO含量测定

2．2．13 谷胱甘肽含量的测定

2．2．14 抗坏血酸含量的测定

2．2．15 ASA-GSH循环中还原酶活性的测定

2．2．16 实验数据的统计及处理

第三章 结果与分析

3．1 干旱胁迫下大豆幼苗耐受性范围检测

3．1．1 干旱胁迫对大豆幼苗表型的影响

3．1．2 干旱胁迫下大豆幼苗受害程度的检测

3．1．3 大豆幼苗保护机制对干旱胁迫的响应情况检测

3．2 干旱胁迫对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．3 干旱胁迫下ABA对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．3．1 干旱胁迫对大豆幼苗ABA含量的影响

3．3．2 干旱胁迫下外源ABA处理对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．3．3 ABA处理对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．3．4 ABA处理对大豆幼苗内源ABA含量的影响

3．4 干旱胁迫下H2O2对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．4．1 干旱胁迫对大豆幼苗H2O2含量的影响

3．4．2 干旱胁迫下外源H2O2处理对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．4．3 H2O2处理对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．4．4 H2O2处理对大豆幼苗内源H2O2含量的影响

3．5 干旱胁迫下NO对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．5．1 干旱胁迫下外源SNP处理对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．5．2 干旱胁迫下NO处理对大豆幼苗G6PDH活性的影响

3．5．3 干旱胁迫下NO处理对大豆幼苗内源NO含量的影响

3．6 干旱胁迫下H2O2和ABA相互关系的研究

3．6．1 H2O2对内源ABA含量的影响

3．6．2 ABA对内源H2O2含量的影响

3．7 干旱胁迫下G6PDH的调节作用

3．7．1 干旱胁迫下G6PDH对谷胱甘肽和抗坏血酸的影响

3．7．2 干旱胁迫下G6PDH对ASA-GSH循环相关酶活性的影响

第四章 讨论

第五章 结论

参考文献

致谢

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