干旱下转西伯利亚蓼LEA基因烟草的光破坏防御功能研究

摘要

在干旱逆境胁迫下，光合作用的聚光色素吸收的光能不能完全用于碳同化，会出现光能过剩，产生活性氧自由基(ROS)，破坏光合机构，形成了光氧化甚至光破坏。植物在长期的自然进化中会构建一系列的光破坏防御机制，但是这种自我调节功能在一定程度上是有限的。人们发现在陆地棉种子胚胎发育的晚期存在一类具有亲水性蛋白，称为植物胚胎发育晚期丰富蛋白（late embryogenesis abundant proteins，LEA）。在干旱胁迫下，LEA蛋白在细胞中类似于植物渗透调节物质一样，可增加细胞内的水分含量或避免水分的散失，保护植物细胞的脱水伤害，维系植物的代谢功能。但是有关LEA蛋白在植物受到干旱胁迫时，保护植物叶绿体进行光合作用方面的研究，尤其是光破坏防御方面的研究，鲜见报道。为此，本论文从西伯利亚蓼的叶片中克隆了LEA蛋白基因(ps-LEA)，遗传转化到烟草中。从卡那霉素检测阳性植株中，经过PCR的筛选获得阳性的转化植株。对遗传转化烟草植株幼苗施以干旱处理，以野生烟草“龙江911”为对照(CK)，通过对光合电子流分配、过剩光能的耗散和光合能量分配等研究，以揭示ps-LEA在植物叶绿体光破坏防御中的作用。
　　研究结果表明:土壤干旱和PEG模拟干旱抑制了野生烟草(CK)的地上和地下部生长，从而降低了植株的生物量，表现为叶片的净光合速率（Pn）在干旱胁迫下降低明显，进一步发现光合降低的主要原因是由于叶片的最大光化学效率(Fv/Fm)和光合电子传递速率（ETR）降低，出现了明显的光抑制现象。但是土壤干旱和PEG模拟干旱试验中，转ps-LEA基因烟草叶片的Pn、Fv/Fm和ETR降低的程度比CK降低的小，轻度干旱时Fv/Fm变化不大，说明ps-LEA在干旱胁迫时发生了重要作用。进一步检测光化学指标发现，由于ps-LEA基因的存在，形成了亲水性蛋白（可溶性蛋白含量增加），防止了细胞脱水，保护了光合机构免受伤害，主要表现在ps-LEA基因减少了PSⅡ反应中心与光能吸收和电子传递相关的蛋白复合体的降解，增加剩余活性反应中心的开放程度，维持了电子传递过程的相对稳定性，同时在ps-LEA基因还增加了叶片捕获光能比例、吸收光能用于电子传递的能量，提高PSⅡ热耗散能力减轻干旱胁迫带来的伤害，有效地提高了植物的抗旱能力。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 晚期胚胎丰富蛋白(LEA)研究进展

1．1．2 国内外有关于西伯利亚蓼的研究

1．2 干旱胁迫造成的影响

1．2．1 干旱胁迫对我国生态影响

1．2．2 干旱对植物生理生化反应的影响

1．2．3 干旱对植物光合特性的影响

1．2．4 干旱胁迫研究方法进展

1．3 本文的研究思路

1．4 本文的研究内容

2 持续干旱对转ps-LEA基因烟草植株光合能力的影响

2．1 本章前言

2．2 转基因烟苗幼苗的筛选

2．2．1 试验材料与方法

2．3 转基因烟草的分子鉴定方法与结果

2．3．1 转基因烟草的PCR鉴定

2．3．2 转基因烟草的PT-PCR鉴定

2．4 转ps-LEA基因烟草叶片对持续干旱的响应

2．4．1 试验材料与方法

2．4．2 测量项目与方法

2．4．3 数据处理方法

2．4．4 实验结果与分析

2．5 本章小结

3 梯度干旱对ps-LEA烟草植株光合能力的影响

3．1 本章前言

3．2 试验材料与方法

3．3 测量项目与方法

3．3．1 荧光参数的测定

3．3．2 荧光量子的测定

3．3．3 活性酶类的测定

3．4 数据处理方法

3．5 结果与分析

3．5．1 梯度干旱对ps-LEA烟草叶片荧光参数的影响

3．5．2 梯度干旱对ps-LEA烟草叶片QA-氧化还原状态的影响

3．5．3 梯度干旱对ps-LEA烟草叶片PSⅡ单位反映活性中心比活参数的影响

3．5．3 梯度干旱对ps-LEA烟草叶片PSⅡ反应中心吸收光能分配的影响

3．5．4 梯度干旱对ps-LEA基因烟草叶片活性酶的影响

3．6 本章小结

4 PEG模拟干旱对ps-LEA烟草幼苗光合能力的影响

4．1 本章前言

4．2 试验材料与方法

4．3 测定项目与方法

4．3．1 生理指标测定

4．3．2 植物荧光测定

4．3．3 氧化活性酶测定

4．3．4 数据处理方法

4．4 结果与分析

4．5．1 PEG模拟干旱对ps-LEA烟草生物量的影响

4．5．2 PEG模拟干旱对ps-LEA烟草叶片光合能力的影响

4．5．3 PEG模拟干旱对ps-LEA烟草叶片QA-氧化还原状态的影响

4．5．4 PEG模拟干旱对ps-LEA烟草叶片荧光参数的影响

4．5．5 PEG模拟干旱对ps-LEA烟草叶片各活性酶的影响

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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