类囊体膜磷脂酰甘油不饱和度对番茄耐盐性的影响

摘要

番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）作为一种重要的经济作物，在世界范围内分布广泛。盐分胁迫通过破坏植物类囊体膜结构和功能导致光合性能下降，而类囊体膜上不饱和脂肪酸含量的上升则有利于光合功能的维持。番茄中决定叶绿体类囊体膜中磷脂酰甘油（PG）中顺式不饱和脂肪酸含量的是叶绿体甘油-3-磷酸酰基转移酶（LeGPAT）对底物的选择性。番茄中GPAT优先选择C18:1-ACP作为底物，因此番茄中PG的sn-1位上就含有较高比例的18:1脂肪酸，盐胁迫条件下，这些脂肪酸可以在酰基脂肪酸去饱和酶的作用下进一步去饱和化成为顺式多聚不饱和脂肪酸。
　　 本文以野生型（WT），转正义番茄叶绿体甘油-3-磷酸酰基转移酶（LeGPAT）基因株系T2-19（+），T2-5（+）和转反义LeGPAT基因株系T2-16（-），T2-2（-）为试验材料，通过测定类囊体膜脂脂肪酸组成、盐胁迫后PG脂肪酸组成、光合及叶绿素荧光参数、叶绿体活性氧的产生、叶绿体活性氧清除酶活性以及D1蛋白修复等指标，研究了类囊体膜脂PG不饱和程度与番茄耐盐性的关系。主要结果如下：
　　 1.对番茄植株类囊体膜脂脂肪酸组成进行分析，结果表明，在WT和转基因植株类囊体膜脂的四种类脂中双半乳糖基甘油二酯（DGDG），单半乳糖基甘油二酯（MGDG），硫代异鼠李糖基甘油二酯（SQDG）的脂肪酸含量没有明显变化，而PG中脂肪酸含量发生了明显变化。与野生型相比，转正义基因番茄植株类囊体膜脂PG中18:2和18:3含量明显增加，脂肪酸不饱和程度升高，而转反义基因番茄植株PG18:2和18:3含量下降，脂肪酸不饱和度明显下降。盐胁迫下，转正义基因番茄植株PG不饱和脂肪酸含量比未处理前稍有增加，而WT和转反义基因株系不饱和脂肪酸含量稍有下降，总体变化不明显。
　　 2.盐胁迫下，野生型和转基因株系的光合速率（Pn）和PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）都降低。但与野生型相比，转正义基因植株的Fv/Fm、Pn下降程度较小，而转反义基因植株的下降程度较大。表明类囊体膜脂PG不饱和度的提高有利于维持光合机构的稳定性，减轻对PSⅡ的光抑制。
　　 3.与野生型相比，盐胁迫下转正义基因植株维持较高的叶绿体超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性，产生较少的O2-和H2O2；而转反义基因植株叶绿体抗氧化酶SOD及APX活性较低，O2-和H2O2的含量较高。与其它株系相比，转正义基因株系叶绿体SOD和APX维持较高的活性，有利于清除活性氧，能够降低由于活性氧的积累而造成的膜脂过氧化程度，维持细胞膜的完整性。
　　 4.分离类囊体膜，进行SDS-PAGE和Western杂交，分析盐胁迫对D1蛋白修复速率的影响。Western杂交表明，短期盐处理对D1蛋白含量影响较小。长期盐胁迫下野生型和转基因番茄植株D1蛋白总含量均下降。与野生型相比，转正义基因番茄植株能够维持较高的D1蛋白含量，转反义基因植株含量较低。D1蛋白合成抑制剂处理后，转正义基因番茄植株D1蛋白净降解速率较高；而转反义基因植株中D1蛋白净降解速率最慢。与野生型相比，盐胁迫下转正义基因番茄植株D1蛋白的修复速率最快，而转反义基因植株最慢。
　　 上述结果表明，PG不饱和脂肪酸含量的增加可能提高D1蛋白的修复速率，提高叶绿体抗氧化酶的活性，进而提高番茄植株的耐盐性。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

1 前言

1.1 盐胁迫对植物光合作用的影响

1.1.1 盐胁迫对类囊体膜组分、超微结构和功能的影响

1.1.2 盐胁迫对光合电子传递的影响

1.1.3 盐胁迫对光合碳同化的影响

1.1.4 盐胁迫对叶绿体活性氧清除系统的影响

1.1.5 盐胁迫对D1蛋白周转的影响

1.2 植物生物膜的组成

1.3 甘油-3-磷酸酰基转移酶的研究进展

1.3.1 甘油-3-磷酸酰基转移酶的生理功能

1.3.2 磷脂酰甘油的生物合成、分布和生理功能

1.3.3 甘油-3-磷酸酰基转移酶基因及其调控途径

1.4 本研究的目的和意义

2 材料和方法

2.1 实验材料及处理

2.2 类囊体膜脂的提取和分析

2.3 叶绿素荧光参数的测定

2.4 净光合速率的测定

2.5 叶绿素含量的测定

2.6 叶片DAB和NBT组织染色

2.7 番茄叶绿体的制备

2.7.1 叶绿体SOD活性的测定

2.7.2 叶绿体APX活性的测定

2.7.3 叶绿体过氧化氢含量的测定

2.7.4 叶绿体超氧阴离子含量的测定

2.8 丙二醛（MDA）含量的测定

2.9 叶片相对电导率的测定

2.10 类囊体膜的制备及尿素-SDS-PAGE

2.10.1 抑制剂处理

2.10.2 类囊体膜的制备

2.10.3 尿素-SDS-PAGE

2.10.4 Western杂交

3 结果与分析

3.1 转正、反义LeGPAT植株的鉴定

3.2 过量与抑制LeGPAT基因表达改变了类囊体膜脂的组成

3.3 盐胁迫对番茄幼苗生长发育的影响

3.4 盐胁迫下转基因番茄植株荧光参数的变化

3.5 盐胁迫下番茄叶片净光合速率及叶绿素含量的变化

3.6 盐胁迫下番茄叶绿体活性氧含量及抗氧化酶活性的变化

3.7 盐胁迫对番茄叶片丙二醛的产生及相对电导率的影响

3.8 盐胁迫对番茄叶片D1蛋白修复速率的影响

4 讨论

5 结论

6 参考文献

7 致谢

8 攻读学位期间发表论文