转C4基因(PEPC & PPDK)水稻光合生理及耐光抑制特性的研究

摘要

本论文选择转PEPC&PPDK双基因水稻及其原种恢复系R299水稻为实验材料,比较研究了两种基因型水稻的孕穗期光合生理日变化和两种水稻光氧化条件下叶绿素荧光等参数的变化。
　　主要研究成果有:
　　1.测定该品种水稻剑叶在孕穗期的净光合速率Pn、叶绿素荧光参Fo,Fv/Fm及叶绿素性能指数PI(abs)的日变化;同时分析了在自然条件下,转PEPC&PPDK双基因水稻叶片部分抗氧化酶SOD,POD,CAT的诱导活性,超氧阴离子(O2-)产生速率以及膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的日变化规律。结果表明:测试日中,转PEPC&PPDK双基因水稻与原种R299在自然条件下都随温度和光照的先升高后降低而表现Fo先升后降,Pn, Fv/Fm, PI(abs)先降后升,保护酶SOD, POD, CAT诱导活性先升后降,O2-,MDA逐渐积累等现象。且与原种水稻相比,转PEPC&PPDK双基因水稻随高温高光逆境的加剧,SOD, POD及CAT诱导活性逐步增强且维持较高水平,O2-的产生速率较低,MDA积累较少,维持较稳定的PSⅡ活性和较高光合能力,表现比原种更具耐光优势。
　　2.比较研究了转PEPC&PPDK基因水稻及其原种水稻生殖生长期的功能叶光合生理特性。结果表明:实验中转基因水稻R2P和原种R299在生殖生长进程中,随着剑叶全展时间的推移,O2-生成速率,MDA的含量均呈现逐渐上升的趋势,且二者变化呈正相关,与SOD、POD、CAT逐渐降低的活性变化趋势则呈负相关。这说明在水稻衰老初期,SOD等抗氧化酶在清除超氧阴离子对叶绿体膜系统的伤害方法发挥着重要的作用,但是这种作用是有限的,只能维持一段时间,衰老生成的活性氧伤害又会继续,由此推测超氧阴离子以及膜脂过氧化产物的积累对叶绿体的伤害可能是导致水稻剑叶全展后期光合速率下降的原因之一。而相对原种水稻R299,R2P的SOD、POD、CAT诱导活性在剑叶全展前期升高较快,且后期下降较少,超氧阴离子生成速率以及膜脂过氧化产物的积累显著低于R299,说明转基因水稻R2P的活性氧清除系统比R299更为敏捷和高效,比R299表现更加抗衰老。
　　3.比较研究了转PEPC&PPDK基因水稻及其原种在光抑制和光氧化条件下叶绿素荧光参数以及活性氧代谢相关指标的变化。结果表明,不同基因型水稻在中午高光强高温条件下均表现光抑制现象,其中转基因水稻R2P,在光抑制条件下,叶绿素荧光参数Fo, Fv/Fm变化与原种水稻R299差异显著。R2P水稻中午光抑制条件下Fv/Fm下降较少,初始荧光增加不明显。表明其光能转化为化学能的效率较高,表现耐光抑制。光氧化处理后,转PEPC基因水稻叶绿素含量下降较少,表现耐光氧化特性。
　　同时转PEPC&PPDK基因水稻Fv/Fm下降较少,光抑制较轻,光能转化为化学能的效率较高,热耗散较低,可见其较高的光化学效率与高耐光氧化能力是有关系的,这些结果为进一步研究转PEPC&PPDK基因水稻耐光抑制机理和高光效育种提供了依据。