杨树叶绿体APX功能分析

发布时间：2020-07-03 08:37

【摘要】：植物在生长发育过程中受盐碱、干旱等逆境胁迫时,细胞内会产生大量的活性氧(ROS)。ROS的过量积累会造成细胞氧化损伤,导致细胞膜脂过氧化、蛋白质和其他细胞组分受到损伤,严重时可使细胞或植物体死亡。植物能否有效清除其在逆境胁迫下产生的ROS,对提高其抗逆性至关重要。抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,APX)是一种重要的抗氧化酶,通过AsA-GSH循环参与植物体内H_2O_2的清除,特别是对叶绿体中H_2O_2的清除。叶绿体抗坏血酸过氧化物酶(chl APX)是保护叶绿体及其它细胞组分免受H_2O_2毒害作用的关键酶,因此,研究chlAPX基因与植物抗逆性的关系具有十分重要的意义。本实验以毛白杨为研究对象,以野生型和转正、反义chlAPX基因的毛白杨及其诱导的愈伤组织为实验材料,从组织和细胞水平上分析chlAPX基因在杨树抗逆性方面的作用。主要研究结果如下:1、在正常条件下,与野生型杨树相比,转反义chlAPX基因植株的生根率低、生根数量少、生长周期慢;而转正义chlAPX基因植株的生根率高、生根数量多、生长周期快。2、NaCl胁迫处理后,转反义chlAPX基因植株最早显现出受损症状。随盐胁迫时间的延长,不同转基因植株和野生型植株叶片中抗氧化酶APX、GR、SOD活性先上升后下降;非酶抗氧化剂含量下降,尤以转反义chlAPX基因植株下降更明显。同时,盐胁迫下叶绿素含量逐渐降低;光合速率及Fv/Fm持续下降,但转正义chlAPX基因植株光化学效率较高;而MDA、相对电导率、Na+含量和H_2O_2含量则逐渐增大。这表明,杨树可通过体内抗氧化酶保护系统缓解盐胁迫的伤害,chlAPX基因的过表达能够更有效地降低盐胁迫下活性氧的积累,对光系统有保护作用,使植株抵御盐胁迫能力更强。3、盐胁迫下加入外源AsA,在一定程度上提高了植株的抗氧化酶活性,叶绿素降解速率、MDA含量下降,从而减轻了盐胁迫带来的伤害,膜脂过氧化程度降低,使杨树耐盐性提高。4、外源H_2O_2处理条件下,无论是野生型还是不同转基因杨树的APX活性都是先升高后降低,但转正义基因植株APX活性显著高于野生型。转正义chlAPX基因杨树的质膜损伤程度要小于野生型,而转反义chlAPX基因杨树的质膜损伤程度大于野生型。5、100 mmol·L-1 NaCl胁迫处理,光照条件下培养的愈伤组织无论是野生型还是不同转基因型的抗氧化酶活性均下降,MDA含量升高;黑暗条件下培养的愈伤组织也得出类似结果。但同一处理时间下光照培养的愈伤组织中保护酶活性高于黑暗下培养的愈伤组织。其中,转正义chlAPX愈伤的酶活高于野生型和转反义基因愈伤的酶活,并且酶活下降幅度也较小。表明chlAPX可缓解盐胁迫造成的细胞损伤。综上所述,在一定胁迫条件下,转正义chlAPX基因提高了毛白杨的抗逆(耐盐、抗氧化)能力,而转反义chlAPX基因降低了植物的抗逆能力。离体培养细胞的盐敏感性高于完整植株。本研究可为深入探讨chl APX基因参与调控杨树耐逆性的分子机制提供理论依据,并为转基因抗逆性杨树的实际应用奠定良好基础。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S792.11
【图文】：

线粒体,过氧化物酶体,乙醇酸

图 1-1 线粒体内 ROS 的产生[18]Figure 1-1 Generation of ROS in mitochondria[18]1.1.3 过氧化物酶体内 ROS 的产生植物细胞过氧化物酶体内 H2O2的产生有两条路径：一是光呼吸过程中乙醇酸氧酶氧化乙醇酸产生；二是由过氧化物酶体中产生的 O2.—歧化形成[19,20]。经研究发现过氧化物酶体也有产生 O2.—的位点[21]。在过氧化物酶体基质中，黄嘌呤和次黄嘌呤黄嘌呤氧化酶的催化下生成尿酸和 O2.—[22]。而在过氧化物酶体膜上有一条电子传递链由黄素蛋白、NADH、高铁氰化物还原酶和 Cytb 组成，该传递链涉及 O2.—的产生。1.1.4 其他部位 ROS 的产生植物根中，NADPH 氧化酶的功能失调导致其产生 O2.—[23]。质膜 NADPH 氧化能通过某些含氮化合物或泛醌的氧化还原循环使 O2.—产生。细胞壁过氧化物酶可依

转基因杨树,杨树,野生型,根系

剪取长势良好、大小一致的野生型和不同转基因毛白杨约 1.5 cm 的茎段进代培养，各转 50 株。培养 8 d 开始计算各生根株数。结果发现（如表 2-1）正义 chlAPX 基因杨树中生根率最高。表 2-1 野生型杨树和不同转基因杨树的生根率Table 2-1 Rooting rate of wild type and transgenic poplars株系株数（株）生根率V24-9 50 58%741 50 46%F-V15-12 50 32.5%如图 2-1 所示，转正义基因杨树生根的数量比较多，根系略粗壮且浓密；树生根数量较多，根系也比较密，但不如转正义植株侧根根系粗壮；转反义生根数量少，根较为细弱。

【参考文献】