缺锌胁迫下水稻(Oryza sativa L.)叶绿体氧化损伤的研究

摘要

缺锌在水稻（Oryza sativa L.）缺素问题中十分普遍，会导致水稻产量的严重降低，其直接的原因是影响了叶绿体光合作用的效率，导致有机物制造量下降。本论文以日本晴作为研究材料，设置对照（足锌）、潜在缺锌及严重缺锌三个锌处理水平，分析缺锌胁迫下叶绿体的氧化胁迫水平，以及抗坏血酸-谷胱甘肽循环在抵御氧化损伤的机制，采用双向电泳法，研究缺锌胁迫对叶绿体蛋白表达的影响，并筛选重点差异蛋白质，对缺锌对叶绿体的影响，锌在叶绿体内发挥的作用以及调节机制作了一定的研究，结果总结如下:
　　1.缺锌对水稻根系形态影响:缺锌导致总根数减少，细根数所占比例增多，根表面积降低，平均根长虽然略有增加，但总根长显著降低，可见缺锌对根系形态的影响主要是减少根数，但缺锌同时诱导根系长度的增加以尽量维持根的表面积，增加对外接触面积，提高对矿质元素的吸收，但相较而言，平均根长增加部分的面积比总根数下降部分的面积少，因此导致根总表面积降低。
　　2.对叶绿素含量影响的实验显示:随着锌浓度的降低，叶绿素a、b和总叶绿素含量不断降低，潜在缺锌组和严重缺锌组叶绿素a较正常组分别下降至65.91％和19.95％，而叶绿素b分别下降至64.96％和23.93％，而潜在缺锌组叶绿素a/b的值未下降，而严重缺锌组该值下降，叶绿素a下降得更快些，缺锌对叶绿素a的伤害较叶绿素b更加显著。
　　3.对水稻叶绿体内氧化水平的研究显示:潜在缺锌组叶绿体内活性氧和超氧阴离子自由基都有显著的增加，其增加了近1倍，而严重缺锌组较正常组有所降低，相应的随着缺锌程度的增加，丙二醛(MDA)含量有所上升，正常组、潜在缺锌组和严重缺锌组叶绿体内MDA的含量分别为2.06、2.49和3.64 nmol/mgprotein。
　　4.对水稻叶绿体抗坏血酸-谷胱甘肽循环影响的研究表明:相对于对照组，缺锌处理条件下水稻植株内抗坏血酸(ASA)和脱氢抗坏血酸(DHA)的总量以及谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)的总量未发现显著变化，缺锌处理导致水稻叶绿体内ASA/DHA比率上升同时引起GSH/GSSG比率的下降，可见，在水稻叶绿体抗坏血酸-谷胱甘肽循环中，ASA/DHA循环是其抗氧化胁迫的重要机制。潜在缺锌组抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性最高，但严重缺锌处理导致APX活性的急剧下降。随着缺锌程度的增加，单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)的活性先升高，后降低，MDAR活性的下降阻碍单脱氢抗坏血酸(MDHA)还原成ASA，同时促使MDHA氧化成DHA的反应增加。缺锌条件下谷胱甘肽还原酶(GR)变化规律与APX相似，潜在缺锌组水稻叶绿体GR活性是上升至正常组的2倍多，但严重缺锌组叶绿体谷胱甘肽还原酶(GR)的活性大幅下降至正常组相当水平，GR的高活性使得GSSG的还原速度加快，有利于抵御ROS毒害。
　　5.对叶绿体蛋白质组学的研究显示:叶绿体内所有的蛋白提取后通过双向电泳充分展开，超过1000个蛋白点被软件检测到。潜在缺锌组中上调的点有36个，下调的点有51个，严重缺锌组中上调的点有39个，下调的点有77个，其中部分点呈现连续上调和连续下调的趋势。经质谱鉴定，有40个蛋白点被鉴定成功，有些属于同一个蛋白点。这其中，主要涉及碳同化途径的关键酶，如:二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)活化酶和1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶;缺锌处理还显著影响与ATP代谢相关的酶，如叶绿体ATP合酶β亚基，ATP酶α亚基，ATP合酶CF1β亚基，ATP合酶γ链2。可见，缺锌对叶绿体内碳同化体系及能量合成的影响是影响1，5-二磷酸核酮糖和二氧化碳的羧化反应和ATP的合成。

目录

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1 锌对活性氧产生的影响

1．1 NADPH氧化酶

1．2 缺锌增强铁介导的自由基的产生

1．3 缺锌加强光氧化损伤

2 活性氧导致膜损伤

2．1 膜结构损伤

2．2 磷脂和巯基

2．3 离子吸收的变化

3 活性氧解毒

3．1 超氧化物歧化酶

3．2 H2O2清除酶

4 本文研究的研究思路及主要内容

第二章 缺锌对水稻根系形态及叶绿素含量的影响

引言

1 材料与方法

1．1 供试材料

1．2 植物培养与缺锌处理

1．3 试验方法

2 结果与分析

2．1 缺锌对水稻形态的影响

2．2 缺锌对水稻根系形态的影响

2．3 叶绿素含量

3 讨论

第三章 缺锌对水稻叶绿体抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响

引言

1 材料与方法

1．1 供试材料

1．2 植物培养与缺锌处理

1．3 试验方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 ROS、O2·-含量

2．2 丙二醛(MDA)含量

2．3 叶绿体内抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)的含量

2．4 叶绿体内超氧化物歧化酶(SOD)活性

2．5 叶绿体内抗坏血酸过氧化酶(APX)活性

2．6 叶绿体内谷胱甘肽还原酶(GR)活性

2．7 叶绿体内脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性

2．8 叶绿体内单脱氢抗坏血酸还原酶(MDAR)活性

3 讨论

第四章 水稻叶绿体蛋白质组学

引言

1 材料与方法

1．1 供试材料

1．2 植物培养与缺锌处理

1．3 实验方法

2 结果与分析

2．1 蛋白质标准曲线测定

2．2 叶绿体纯度检测

2．3 水稻叶绿体蛋白质双向电泳分析

3 讨论

第五章 结论与展望

1 研究结论

2 研究展望

参考文献

攻读学位期间的主要科研成果

致谢

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