回复吸水过程中发菜光合活性及相关转录本的变化

摘要

发菜(发状念珠藻，Nostoc flagelliforme Bornet&Flah)，是一种早生蓝藻，分布于干旱、半干旱地区的部分荒漠草原和荒漠地带。发菜具有很高的经济价值，而且它还是研究极端环境中生命现象的一种良好材料，同时作为一种生活在半干旱、干旱地区的植物，其对于干旱荒漠区的生态维护有十分重要的意义。由于发菜生长繁殖缓慢，近几年又遭到人为的破坏性采收，严重破坏了这些地区的生态平衡。鉴于上述原因，对于发菜的研究和保护逐渐引起科研人员和政府部门的重视。本文综述了发菜近年来的研究进展，并在此基础上研究了不同干燥贮存时间的发菜回复吸水过程中光合活性的恢复，以及利用Real-time PCR技术研究了发菜回复吸水过程中光合作用相关基因表达水平的变化。 发菜的水分吸收基本上可以分为3个阶段：短时间(0-2 min)内快速吸水阶段，2-30 min水分吸收的迟缓阶段和30 min之后的持续吸水阶段。干燥保存2年和8年的发菜的水分吸收的主要区别在第3阶段，这与藻细胞生理活性的恢复有关。 在回复吸水过程中，干燥保存2年的发菜的光合作用在回复吸水24 h后基本恢复，而干燥保存8年的发菜才恢复到其33.4％，这表明发菜在干燥状态下贮存时间越长，恢复光合活性所需时间越长。不同干燥贮存时间的发菜PSI电子传递活性在短时间恢复，这表明PSI功能修复很快；而PSII电子传递活性的恢复比较缓慢，在吸水的第三阶段逐渐恢复。干燥保存8年的样品在回复吸水24 h依然检测不到叶绿素荧光，也检测不到其PSII电子传递活性，而干燥保存2年的样品PSII电子传递活性在回复吸水24 h基本恢复。 利用WATER-PAM测定回复吸水过程中干燥保存2年发菜的快速光响应曲线。随着回复吸水时间的增加，藻细胞的光适应系数E<,k>呈上升趋势，这表明随着回复吸水时间的增加藻细胞能耐受的光照强度越高；最大电子传递速率ETR<,max>和表观光合效率α也呈上升趋势，这表明在回复吸水过程中光合电子传递链的恢复情况。 通过比对其他藻株的光合作用相关基因(psbA1、psbA2和psaA)的保守区域，设计引物扩增了发菜相应的同源基因，并通过实时定量RT-PCR分析了它们在发菜回复吸水过程中的转录情况。研究发现，干燥保存2年样品的rbcL、rbcX、psbA1和psbA2基因的转录丰度随着回复吸水时间的增加而增加，而干燥保存8年的样品的rbcL、rbcX、psbA1和psbA2检测到的丰度很低。psbA1基因在回复吸水15 min分钟之后就达到了对照的0.36，而psbA2基因在回复吸水初期表达量很低。这说明在干燥脱水的过程中Rubisco和PSII反应中心D1蛋白受到损伤，在回复吸水过程中这两种蛋白开始修复；psbA1和psbA2基因表达差异说明光合系统的重建是一个多步骤的过程，尽管这种多步骤的意义和具体程序仍不清楚。干燥贮存长时间的发菜在回复吸水24 h后，rbcL、rbcX、psbA1和psbA2转录丰度依然很低，这说明长时间的贮存对DNA以及与转录相关的蛋白造成了比较严重的损伤，而这种损伤可能与ROS的积累有关。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章发菜的研究进展

1.概述

1.1地理分布与生态特征

1.2形态特征

1.3生长繁殖方式

1.4化学组成

2.生理生化特性

2.1水分生理

2.2光合生理

2.3固氮作用

3.人工养殖

4.结束语

第二章回复吸水过程中发菜生理活性及相关转录本的变化

1.前言

2.材料和方法

2.1材料及培养条件

2.2水分吸收的测定

2.3叶绿素荧光的测定

2.4光合放氧和暗呼吸的测定

2.5电子传递活性的测定

2.6快速光响应曲线的测定

2.7总DNA的提取

2.8基因的克隆

2.9 Real-time RT-PCR

3.结果

3.1回复吸水过程中水分的吸收特征

3.2回复吸水过程中光合作用和暗呼吸的恢复

3.3回复吸水过程中光合电子传递活性的恢复

3.4回复吸水过程中快速光响应曲线的变化

3.5几个光合作用相关基因的初步克隆

3.6在回复吸水过程中发菜光合作用相关基因转录丰度的变化

4.讨论

第三章高光强条件下外界无机碳浓度对Synechococcus sp.PCC 7942 CCM相关基因的影响

1.前言

2.材料与方法

2.1材料及培养条件

2.2反应液配制

2.3强光处理

2.4总RNA的提取

2.5 cDNA的合成

2.6荧光定量PCR

2.7转录本丰度的计算

3.结果

3.1在高光强条件下外界无机碳浓度对Synechococcus sp.PCC 7942 CCM相关基因表达丰度的影响

4.讨论

参考文献

在学期间撰写和发表的论文

致谢