二氧化硫对拟南芥保护酶活性及基因表达的影响

摘要

二氧化硫(Sulfur dioxide，SO2)是一种常见的全球性大气污染物。高浓度SO2暴露对植物具有生理毒性，还能诱发遗传损伤，引起染色体畸变、姊妹染色单体交换及微核的形成。但是，植物也具有一定的逆境适应能力，低浓度SO2作用时，植物体内发生一系列适应性变化，诱导植物的抗性提高。目前为止，植物对逆境胁迫的适应机制尚不清楚。
　　本文以拟南芥为材料，研究不同浓度SO2熏气对植物叶片形态、保护酶活性和同工酶谱的影响;采用Affmetrix的拟南芥基因表达谱芯片(ATH1)研究SO2熏气后基因表达的变化，并结合半定量RT-PCR技术，分析部分差异表达的防御基因，以期为抗逆机制的研究提供一定的实验依据。研究结果表明:
　　SO2熏气14d后，拟南芥叶面气孔开度变小。浓度10mg·m-3组促进植株生长发育，SO2浓度90mg·m-3时，叶面出现明显可见伤害，株高、叶片数和叶片面积显著降低，可溶性蛋白含量减少，胞内MDA含量增高。
　　2.5～30mg·m-3SO2熏气导致拟南芥叶组织中活性氧O2-·产生速率和H2O2含量呈浓度和时间依赖性增高。浓度为2.5、10、30mg·m-3的SO2熏气6h后，还原型谷胱甘肽(GSH)含量、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)活性迅速提高，并与SO2浓度呈极显著正相关，连续熏气24h～120h期间上述指标维持较高水平，说明GSH、POD、GPX和GST在适应SO2胁迫过程中发挥重要作用。超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性诱导需要较高的SO2浓度或较长的作用时间:30mg·m-3SO2熏气6h后SOD和CAT活性被诱导;2.5mg·m-3和10mg·m-3 SO2熏气24h后SOD活性有所增高，熏气72h后CAT活性被诱导;熏气120h后胁迫组SOD和CAT活性降低。
　　采用垂直板聚丙稀酰胺凝胶电泳分析SO2熏气后拟南芥叶片保护酶同功酶谱的变化。活性染色后发现，谱带亮度和宽度均发生不同程度的改变。3周龄与4周龄拟南芥叶片CAT同工酶对SO2熏气的反应基本一致，在SO2熏气前期谱带亮度增加，熏气120h后谱带亮度减弱。3周龄与4周龄拟南芥叶片SOD和POD同工酶对SO2熏气具有不同响应:SO2熏气后，3周龄苗SOD同工酶谱带亮度增加，4周龄苗在熏气72h后SOD同工酶谱带亮度增加，但熏气120h后谱带亮度减弱;3周龄苗POD同工酶在熏气6h后谱带减弱，72h后谱带强度增加，而4周龄苗POD同工酶谱带强度均增加。
　　SO2熏气后，半胱氨酸合成酶(OAS-TL)活性和半胱氨酸(Cys)含量显著提高，并与SO2浓度呈显著正相关。Cys的增加可以促进GSH的合成，GSH含量增加诱导GPX和GST基因表达增强，酶活性提高，这也是GPX和GST在SO2胁迫过程中发挥重要作用的原因之一。
　　SO2熏气72h后，采用基因芯片技术，在拟南芥全基因组中共检出胁迫组和对照组间差异表达基因2780个，其中部分基因为诱导表达（胁迫组中表达，对照组中不表达的基因），部分为沉默基因（对照组中表达，胁迫组不表达的基因）。检出表达改变1倍以上的基因494个，包括POD、GPX、GST、硫氧还蛋白(TRX)等多个与活性氧代谢相关的基因。用RT-PCR技术分析GSTU3和TRXh8基因的mRNA水平，发现GSTU3和TRXh8基因在SO2胁迫后表达显著上调，且为诱导表达型，与基因芯片检测结果相一致。

目录

摘要

第一章 文献综述

1 二氧化硫污染概况

2 二氧化硫对植物的影响

3 二氧化硫毒理学研究进展

4 小结

第二章 二氧化硫对拟南芥叶片形态、气孔开度和生长发育的影响

1 引言

2 材料和方法

3 结果与分析

3．1 SO2对拟南芥叶片形态的影响

3．2 SO2对拟南芥叶片气孔开放的影响

3．3 SO2对拟南芥植株生长发育的影响

3．4 SO2对拟南芥叶片MDA含量的影响

4 讨论

第三章 二氧化硫对拟南芥活性氧代谢和保护酶活性的影响

1 引言

2 材料和方法

3 结果与分析

3．1 SO2对拟南芥叶片O2ˉ产生速率和H2O2含量的影响

3．2 SO2对拟南芥叶片GSH含量和GPX活性的影响

3．3 SO2对拟南芥叶片SOD、POD和CAT活性的影响

3．4 SO2熏气浓度与拟南芥抗氧化指标的相关性分析

4 讨论

第四章 二氧化硫对拟南芥保护酶同工酶谱的影响

1 引言

2 材料和方法

3 结果与分析

3．1 SO2对拟南芥叶片SOD同工酶谱的影响

3．2 SO2对拟南芥叶片CAT同工酶谱的影响

3．3 SO2对拟南芥叶片POD同工酶谱带的影响

4 讨论

第五章 二氧化硫对拟南芥保护酶基因表达的影响

1 引言

2 材料和方法

3 结果与分析

3．1 SO2熏气后的拟南芥基因表达谱分析

3．2 SO2对拟南芥叶片Cys含量、OSA-TL和GST活性的影响

3．3 差异表达基因的RT-PCR分析

4 讨论

小结

参考文献

致谢

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