甜菜碱提高烟草耐热性研究

摘要

高温胁迫影响植物的生长发育，导致产量大幅下降。植物在进化的过程中，形成多种机制来应对各种环境胁迫，积累可溶性物质便是其中研究较多的一种。甜菜碱是目前研究最多，也是最有效的可溶性物质，可以提高植物对低温、高温、盐胁迫的耐性。
　　 本实验以野生型烟草（Nicotiana tabacum）K326和转甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因的烟草K326为材料，研究甜菜碱对提高烟草期耐热性的影响及甜菜碱对提高烟草期耐热性与钙离子的关系。主要实验结果如下:
　　 (1)高温胁迫降低烟草的光合速率。野生型烟草光合速率、表观量子效率、的下降更明显，L4株系甜菜碱含量最高，净光合速率和表光量子效率下降幅度最低。高温胁迫下转BADH基因烟草维持较高的光合速率，提高了光合作用对高温的耐性。
　　 (2)叶绿素荧光分析结果表明:转BADH基因烟草提高了PSⅡ对高温胁迫的耐性。外源施加甜菜碱同样提高了烟草叶片光合作用和PSⅡ反应中心对高温的耐性。
　　 (3)高温胁迫下烟草体内H2O2.O2-的积累明显增加，转BADH基因烟草体内活性氧的积累较少。高温胁迫下转BADH基因烟草通过维持较高的抗氧化物酶活性增强活性氧清除能力，减轻活性氧对光合机构的伤害。
　　 (4)高温诱导HSP70的积累，转BADH基因烟草叶片中HSP70含量高于野生型烟草;外源施加甜菜碱烟草叶片中HSP70含量也高于未施加甜菜碱烟草。
　　 (5)外源Cacl2预处理提高了烟草体内Ca2+的含量;外源Cacl2预处理提高了烟草的光合和荧光速率。
　　 (6)外源Cacl2预处理降低了烟草体内的H2O2,O2-含量，提高了烟草抗氧化酶的活性。
　　 (7)高温胁迫时甜菜碱使得钙调蛋白、热激蛋白的表达量激增;加入EGTA后，钙调蛋白、热激蛋白的表达量显著降低
　　 以上结果表明，外源甜菜碱和BADH基因提高了烟草对高温的耐性，外源Cacl2预处理也可以提高烟草对高温的耐性。高温胁迫时外源甜菜碱和BADH基因显著提高了烟草体内钙离子的浓度，并且使得钙调蛋白、热激蛋白的表达量激增;加入EGTA后，钙调蛋白、热激蛋白的表达量显著降低，甜菜碱可能通过影响烟草体内钙离子的含量来调控钙信号途径，进而调控抗性基因的表达来增强烟草的耐热性。

目录

声明

符号说明

摘要

1 前言

1．1 高温胁迫对植物的影响

1．1．1 高温对植物光合作用的影响

1．1．2 高温对植物生物膜的影响

1．1．3 氧化胁迫和抗氧化剂

1．2 甜菜碱的生物合成途径及其生理功能

1．2．1 甜菜碱的渗透调节作用

1．2．2 甜菜碱的“非渗透调节作用”

1．2．3 甜菜碱影响基因表达

1．3 甜菜碱基因工程和外源甜菜碱研究与应用

1．4 Ca2+、热激蛋白与植物耐热性的关系

1．4．1 Ca2+与植物耐热性的关系

1．4．2 热激蛋白与植物耐热性的关系

1．5 本研究的目的和意义

2 材料与方法

2．1 实验材料与处理

2．1．1 实验材料

2．1．2 材料的培养和处理

2．2 实验方法

2．2．1 烟草总DNA的提取(CTAB法)

2．2．2 转基因植株的PCR筛选

2．2．3 Western Blot

2．2．3 Real-Time PCR

2．2．4 烟草K326叶肉原生质体的制备

2．3 生理指标的测定

2．3．1 甜菜碱含量的测定

2．3．2 光合速率的测定

2．3．3 调制式荧光仪荧光参数的测定

2．3．4 丙二醛含量和相对电导率的测定

2．3．5 超氧阴离子自由基的测定

2．3．6 抗氧化酶活性测定

2．3．7 Ca2+含量的测定

2．3．8 Ca2+-ATPase和M82+-ATPase活性的测定

2．2．5 烟草原生质体内自由钙离子([Ca2+]i)浓度的检测

2．4 统计分析

3 结果与分析

3．1 转基因烟草植株的筛选鉴定

3．2 转BADH基因烟草甜菜碱含量的测定

3．3 甜菜碱提高烟草耐热性

3．3．1 不同温度对烟草叶片净光合速率和表观量子效率的影响

3．3．2 不同温度对烟草PSII光化学效率的影响

3．3．3 不同温度对烟草丙二醛(MDA)含量和相对电导率的影响

3．3．4 野生型和转BADH基因烟草对43℃高温胁迫的响应

3．4 钙与植物耐热性的关系

3．4．1 Ca2+含量的检测

3．4．2 外源CaCl2预处理对高温胁迫下烟草叶片光合作用的影响

3．5 甜菜碱提高烟草耐热性与钙离子的关系

3．5．1 甜菜碱可以提高烟草体内Ca2+的含量

3．5．2 甜菜碱提高烟草体内[Ca2+]i浓度

3．5．3 高温条件下甜菜碱增强了烟草CaM、HSP的表达

3．5．4 高温条件下甜菜碱增强了烟草抗氧化酶的表达

4 讨论

4．1 甜菜碱提高烟草叶片光合作用对高温胁迫的耐性

4．2 甜菜碱对高温胁迫条件下生物膜的影响

4．3 甜菜碱对高温胁迫条件下活性氧积累和抗氧化酶活性的影响

4．4 甜菜碱对高温胁迫条件下烟草叶片中基因表达的影响

4．5 Ca对烟草耐热性的影响

4．6 甜菜碱对钙的影响

5 结论

参考文献

致谢