两优培九剑叶衰老进程中光合膜功能变化研究

发布时间：2017-04-13 07:02

  本文关键词：两优培九剑叶衰老进程中光合膜功能变化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本研究探讨高产杂交稻两优培九在衰老过程中,围绕剑叶叶绿体结构和功能的变化,研究叶绿体光能吸收、转化、传递的动态变化、生理生化过程和蛋白组分衰退规律,确定光合作用关键蛋白LHCⅡ、ATPase和RuBisCO等功能蛋白复合物和各相关亚基含量变化,动态监测和分析关键酶亚基基因表达水平等内容以揭示叶片衰老的本质,这将对水稻等农作物衰老进程光合功能机理研究的深入和光合机构有机协调运转过程的认识提供重要的理论基础,结果表明：(1)通过叶绿素荧光仪测定两优培九剑叶衰老期间的光能转化效率,剑叶全展28d-35d期间,随着剑叶的衰老PS Ⅱ反应中心氧化端出现电子传递障碍,这说明在28d后放氧复合物OEC的结构和功能发生了改变,一定程度上妨碍了PS Ⅱ反应中心氧化端的电子传递。PSⅡ受体侧荧光参数变化幅度相对较小,说明受体侧电子传递体结构相对稳定。结果同时表明在衰老进程的后期中,放氧复合物OEC和反应中心逐渐遭到破坏。此外,两优培九剑叶全展期问,RC/ABS减少相对较快,ABS/RC逐渐上升,ETo/RC在叶片衰老过程中变化不大,这表明在叶片衰老过程中单位反应中心有越来越多的能量以荧光和热能的形式耗散量(φDo,DIo/RC,DIo/CSM）也增多。PIABSD和PICSM两个参数灵敏度最高,能更容易反映不同生理期水稻光合机构的变化特性。(2)两优培九剑叶全展后PSⅠ电子传递活力下降比PSⅡ小幅提前,但不同时期降解速率各时期不尽相同,PSⅡ在21d后下降趋势比PSⅠ更为显著。通过BN-PAGE与Western-blot实验判断类囊体膜上的蛋白复合物的稳定性：LHCII OEC PSII core antenna PSII core PSI core LHCI。PSI中,LHCI与PSI core是平行式降解。PS Ⅱ中,LHCII与PSII core降解具有异步性。LHCII高度稳定性是两优培九剑叶衰老期间在高光强下自我保护策略。在O-J-I-P曲线表明两优培九剑叶全展28d后,放氧复合物出现结构的崩塌与功能的紊乱,各砸基问稳定性Psb P Psb O Psb Q。ATPase/Cytb6/f亚基稳定性Atp β Cytb6。两优培九剑叶衰老期间,基质类囊体优先降解。叶绿素含量下降较慢和较多基质类囊体有序紧密排列。(3)两优培九衰老进程中,RCA酶活力下降引起RubisCO迅速与CO2、Mg2+结合形成ECM三元复合物减少,活性氧的产生速度和清除速度失调,对光合机构产生破坏作用,致使光化学效率降低；两优培九衰老进程中rbc S亚基(15kd)的降解比rbc L (55kd)要早,在QRT-PCR中也得到验证;PEPC、PEPCK、PPDK、NADP-ME、NADP-MDH5种C4酶活力随着剑叶哀老下降比RubisCO慢,推测C4光合代谢或者说C4光合途径在两优培九衰老过程中对RubisCO酶的提前降解具有一定的补偿性,其机制不只是反应在光合作用上。(4)两优培九剑叶衰老期间活性氧含量的增加,其原因可能是电子传递受阻、捕光色素复合物与其他复合物降解的不同步性以及光碳失衡。抗氧化酶的最大活力大致出现在14-21d期间,该时期主要是水稻灌浆期,抗氧化剂在生育后期稳定性比抗氧化酶高。在两优培九衰老进程中,CATA同工酶起到作用比CATB和CATC大。(5)蛋白质组学研究发现：两优培九在衰老进程中差异蛋白质大致归于7类：能量,胁迫防御,光合作用,碳水化合物代谢,氨基酸代谢,蛋白质代谢,未知功能。亚细胞定位发现,这些蛋白质分别位于叶绿体、线粒体、细胞质和核糖体中。在光合作用相关差异蛋白中,CP 23蛋白,OEC放氧复合物蛋白亚基,NADPH合成的蛋白,ATP synthase CF1 beta subunit出现差异。RuBisCO酶、RuBisCO酶前体和RuBisCO酶活化酶三类蛋白变化最大。R2R3-MYB转录因子和Organic cation transporter-like protein两个蛋白表达量增高,表明这两类蛋白在水稻衰老进程中起到重要作用。本研究探索高产杂交水稻两优培九类囊体膜蛋白质变化差异及其与光反应的关系以及衰老后期的差异蛋白质组学,将对研究水稻生育后期特别是籽粒灌浆进程中剑叶光合性能的变化规律具有重要意义,也为杂交水稻衰老和早衰的研究提供科学依据。
【关键词】：叶绿素荧光 衰老 剑叶 水稻 大田环境 光系统 类囊体膜 蛋白复合物 蓝绿温和胶
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 前言综述11-33
• 1.1 两优培九的光合特性研究11-12
• 1.1.1 株型特征11-12
• 1.1.2 光合特征12
• 1.1.3 抗性生理12
• 1.2 作物叶片衰老的光合性能变化12-16
• 1.2.1 作物叶片衰老表现的光合性状13-14
• 1.2.2 光合机构在作物叶片衰老中的策略选择14-16
• 1.3 叶绿素荧光技术在作物衰老进程中的应用16-23
• 1.3.1 荧光动力学的原理及意义17-18
• 1.3.2 荧光动力学的特征位点18-20
• 1.3.3 JIP-test及其相应参数20-23
• 1.3.4 PSⅡ受体侧、反应中心和供体侧研究23
• 1.4 温和蓝绿胶技术在作物光合膜蛋白质复合物分析中应用23-31
• 1.4.1 温和蓝绿胶技术23-25
• 1.4.2 类囊体膜上的主要蛋白复合物25-31
• 1.5 衰老蛋白质组学研究31-32
• 1.6 本研究的内容和目标32-33
• 第二章 “两优培九”剑叶衰老过程光合作用与叶绿素荧光变化特性33-48
• 2.1 材料与方法33-37
• 2.1.1 实验材料33
• 2.1.2 光合性能测定33-34
• 2.1.3 叶绿素荧光参数测定及JIP-Test34
• 2.1.4 数据处理34-37
• 2.2 结果与分析37-44
• 2.2.1 两优培九衰老进程中光合作用参数的变化特性37-38
• 2.2.2 两优培九衰老进程中PS Ⅱ供体侧与受体侧的变化38-39
• 2.2.3 两优培九衰老进程中PS Ⅱ反应中心和活性反应中心数的变化39-40
• 2.2.4 两优培九衰老进程中PS Ⅱ反应中心能流分配的变化40-42
• 2.2.5 两优培九衰老进程中PS Ⅱ性能指数的变化42-43
• 2.2.6 衰老过程中剑叶叶绿素荧光动力学曲线43-44
• 2.3 讨论44-46
• 2.4 结论46-48
• 第三章 “两优培九”剑叶衰老进程类囊体膜蛋白复合物及各亚基变化特性48-71
• 3.1 材料与方法49-58
• 3.1.1 叶片叶绿素含量测定49
• 3.1.2 类囊体膜电子传递活性测定49-50
• 3.1.3 Ca~(2+)/Mg~(2+)+-ATPase活性的测定50-51
• 3.1.4 提取完整叶绿体51-52
• 3.1.5 类囊体膜蛋白样品的处理52
• 3.1.6 Blue-native聚丙烯酰胺梯度凝胶电泳52-54
• 3.1.7 二向SDS-Urea-PAGE54-55
• 3.1.8 类囊体膜蛋白复合体亚基的免疫探测55-56
• 3.1.9 水稻光合相关基因RT-PCR56-57
• 3.1.10 叶绿体超微结构观察57-58
• 3.2 结果与分析58-68
• 3.2.1 衰老进程中PSⅠ和PSⅡ电子传递活力的变化特性58-59
• 3.2.2 衰老进程中Ca~(2+)-ATPase and Mg~(2+)-ATPase活力的变化特性59
• 3.2.3 衰老进程中类囊体膜蛋白质复合物的变化特性59-64
• 3.2.4 衰老进程中类囊体膜蛋白质复合物各亚基的变化特性64-66
• 3.2.5 衰老进程中相关基因mRNA转录水平的变化特性66-67
• 3.2.6 衰老进程中叶绿体超微结构的变化特性67-68
• 3.3 讨论68-70
• 3.4 结论70-71
• 第四章 两优培九剑叶衰老进程中暗反应关键酶变化特性71-84
• 4.1 材料与方法71-76
• 4.1.1 酶液的制备71-72
• 4.1.2 RubisCO活性的测定72
• 4.1.3 RubisCO活化酶(RCA)活性测定72-73
• 4.1.4 PEPC活性的测定73
• 4.1.5 PEPCK活性的测定73-74
• 4.1.6 PPDK活性的测定74-75
• 4.1.7 NADP-ME活性的测定75
• 4.1.8 NADP-MDH活性的测定75
• 4.1.9 暗反应关键酶的免疫探测75
• 4.1.10 暗反应相关基因的mRNA转录水平75-76
• 4.2 结果与分析76-80
• 4.2.1 两优培九衰老进程中C3酶和C4酶的变化特性76-78
• 4.2.2 两优培九衰老进程中暗反应酶相关基因mRNA转录水平78-80
• 4.2.3 两优培九衰老进程中暗反应酶变化特性80
• 4.3 讨论80-82
• 4.4 结论82-84
• 第五章 剑叶衰老期间酶类抗氧化物与非酶类抗氧化剂变化特性84-97
• 5.1 材料与方法84-88
• 5.1.1 抗氧化酶的测定84-86
• 5.1.2 非酶类的抗氧化物的测定86
• 5.1.3 氧化类物质的测定86-87
• 5.1.4 O_2~-·和H_2O_2的组织化学定位87
• 5.1.5 抗氧化酶相关基因的mRNA转录水平87-88
• 5.1.6 Cat序列基因分析88
• 5.2 结果与分析88-94
• 5.2.1 两优培九剑叶衰老进程中H_2O_2和O_2~-·变化特性88-90
• 5.2.2 两优培九剑叶衰老进程中非酶类抗氧化物质的变化特性90-91
• 5.2.3 两优培九剑叶衰老进程中抗氧化酶类的变化特性91-94
• 5.3 讨论94-96
• 5.4 结论96-97
• 第六章 两优培九衰老进程中剑叶差异蛋白组学分析97-114
• 6.1 材料与方法97-103
• 6.1.1 材料的选取97
• 6.1.2 蛋白质提取97-98
• 6.1.3 蛋白含量测定98
• 6.1.4 二维电泳98-102
• 6.1.5 切胶102
• 6.1.6 质谱鉴定102-103
• 6.1.7 蛋白质检索103
• 6.2 结果与分析103-111
• 6.2.1 蛋白表达谱的变化103-109
• 6.2.2 差异蛋白的鉴定和功能分类109-110
• 6.2.3 差异蛋白的分析110-111
• 6.3 讨论111-112
• 6.4 结论112-114
• 全文总结114-116
• 参考文献116-138
• 在读期间发表的学术论文及研究成果138-139
• 致谢139

  本文关键词：两优培九剑叶衰老进程中光合膜功能变化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：303037