高产杂交稻“两优培九”剑叶衰老过程光合膜功能及蛋白质复合物变化的研究

摘要

本研究旨在探讨高产杂交稻两优培九在衰老过程中，剑叶光合膜（即类囊体膜）蛋白质复合物的含量变化规律及其与光能吸收、转化、传递的关系。
　　通过密度梯度离心纯化水稻剑叶完整叶绿体，温和去污剂十二烷基麦芽糖苷增溶类囊体膜蛋白，使用5％～12％梯度蓝绿温和胶电泳，成功分离得到9条蛋白质复合物条带，包含了光合膜上各主要跨膜大分子蛋白复合体，并能够显示出不同水稻品种间蛋白质丰度与组成的差异。以蓝绿温和胶电泳为第一向，含尿素的变性电泳为第二向的二维电泳将水稻两优培九剑叶类囊体膜蛋白质复合物分离为亚基，得到51个蛋白质点，可供进一步鉴定分析，为对水稻光合机构响应逆境等变化过程的蛋白质组学研究提供了条件。
　　运用蓝绿温和胶电泳，结合无损伤叶绿素荧光动力学技术以及离体光合电子传递活性反应测定技术，本研究重点讨论了高产杂交水稻两优培九剑叶衰老过程中光合膜蛋白质复合物组成与功能的变化模式。实验采用大田栽培条件下自然衰老的两优培九剑叶为材料，从拔节期剑叶刚全展时开始采样直到籽粒灌浆完成，贯穿了生殖生长的孕穗、抽穗、扬花、灌浆、乳熟、蜡熟六个时期。结果表明:
　　1.叶绿素含量、光合性能和类囊体膜蛋白稳定性等都显示出两优培九到抽穗期剑叶各项性能达到顶峰，随后开始衰退，在扬花期、灌浆期尚保持较高水平，而进入籽粒成熟阶段衰退明显;
　　2.随着衰老进程推进，类囊体膜蛋白质复合物出现有序非同步降解，稳定性大小依次为LHCⅡ＞PSⅡ core＞PSⅠ core＞ ATPase&Cyt b6/f＞ LHCⅠ;
　　3.PSⅠ和PSⅡ蛋白和相应电子传递活性的稳定性及下降幅度差异显著，PSⅠ的衰退发生在扬花期后且幅度较大，而PSⅡ从剑叶光合性能到达峰值（即抽穗期）后就开始下降但幅度较小，直到衰老后期才明显衰退;
　　4.衰老过程叶绿素a/b的不断下降与相对于反应中心更稳定的捕光天线有关，剑叶生长后期LHCⅡ维持相对较高水平保持了叶片对光能的吸收，并可能在调节光系统之间能量分布和协助过剩能量耗散中起到重要作用。
　　综上所述，本研究将光合生理生化手段与蛋白质组学方法结合，探索光合膜蛋白质的变化差异及其与光反应的关系，旨在理解光合功能在水稻生殖生长特别是后期籽粒灌浆过程中的贡献，对探讨杂交水稻衰老和早衰特性具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 植物光合作用与衰老的研究进展

1．1．1 光合作用过程概述

1．1．2 植物叶片衰老对光合作用的影响研究

1．1．3 杂交水稻早衰及其研究意义

1．2 植物光合膜蛋白质复合物结构与功能的相关研究

1．2．1 光系统Ⅱ

1．2．2 细胞色素b6／f复合体

1．2．3 光系统Ⅰ

1．2．4 ATP合酶复合体

1．2．5 捕光色素蛋白复合物

1．3 类囊体膜蛋白组学研究进展

1．3．1 蛋白质组学的概念及研究内容

1．3．2 植物亚细胞蛋白质组学

1．3．3 类囊体膜蛋白质的研究手段

1．3．4 蓝绿温和凝胶电泳简介

1．4 本研究的主要目的和意义

第二章 两优培九剑叶衰老过程光合膜光能转化特性变化

2．1 材料与方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 叶片叶绿素含量测定

2．1．3 叶绿素荧光参数测定及JIP-Test

2．1．4 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线处理

2．1．5 类囊体膜电子传递活性测定

2．1．6 数据分析与作图

2．2 结果与分析

2．2．1 衰老过程中两优培九剑叶叶绿素含量的变化

2．2．2 衰老过程中剑叶叶绿素荧光动力学曲线及标准化分析

2．2．3 衰老过程中剑叶PSⅡ反应中心性能变化

2．2．4 衰老过程中剑叶类囊体膜电子传递活性变化

2．3 讨论与小结

第三章 水稻类囊体膜蛋白质复合物的蓝绿温和胶电泳分析

3．1 材料与方法

3．1．1 实验材料

3．1．2 提取完整叶绿体

3．1．3 类囊体膜蛋白样品的处理

3．1．4 Blue-native聚丙烯酰胺梯度凝胶的灌制

3．1．5 一向Blue-native PAGE

3．1．6 二向SDS-Urea-PAGE

3．1．7 凝胶分析

3．2 结果与分析

3．2．1 两优培九剑叶类囊体膜蛋白复合物的BN-PAGE分离鉴别

3．2．2 不同水稻类囊体膜蛋白复合物BN-PAGE分离的差异

3．2．3 二维BN／SDS-PAGE分离类囊体膜蛋白各复合物亚基

3．3 讨论与小结

第四章 两优培九剑叶衰老过程类囊体膜蛋白质复合物的变化

4．1 材料与方法

4．1．1 实验材料

4．1．2 两优培九各时期剑叶类囊体膜蛋白制备

4．1．3 蓝绿温和胶电泳

4．1．4 图像及数据分析

4．2 结果与分析

4．2．1 衰老过程中两优培九剑叶类囊体膜蛋白质复合物的变化

4．2．2 两优培九剑叶衰老各时期类囊体膜蛋白质复合物相对含量变化

4．3 讨论与小结

全文总结

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢