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葡萄幼苗与果实对温度逆境的交叉适应性及其细胞学机制研究

张俊环  
【摘要】:以当年生葡萄(Vitis vinifera L.cv.Jingxiu)幼苗与成熟果实为试材,从细胞水平比较研究高温锻炼诱导的耐冷性和低温锻炼诱导的抗热性及其发生机制,探讨葡萄幼苗与果实对温度逆境的交叉适应性及其细胞学机制。结果如下。 利用透射电子显微镜技术对高温锻炼和低温锻炼以及0℃低温和45℃高温胁迫条件下的葡萄幼苗叶片进行了超微结构观察,38℃/10h的高温锻炼预处理和8℃/2.5d的低温锻炼预处理都对葡萄叶肉细胞结构造成了轻微的伤害,但延缓了随后的交叉胁迫条件对叶肉细胞的损伤。主要表现在叶绿体、线粒体、细胞核、质膜与液泡膜等部位。 从生化水平测定了定位在质膜、液泡膜和线粒体上的ATP酶的活性,并用氯化铈沉淀的电镜细胞化学方法,定位观察了质膜ATP酶的活性,得到一致的结果:高温锻炼预处理提高了微粒体膜ATP酶的活性,并且在随后的低温胁迫条件下,保持了酶活性的稳定性;低温锻炼提高了高温胁迫下的微粒体膜ATP酶活性。对质膜H~+-ATPase进行了Western-blot分析,结果表明,不同处理的质膜H~+-ATPase表达量的变化都与测定的酶活性变化趋势基本相吻合。因此认为,温度锻炼所诱导的质膜H~+-ATPase活性的变化部分归因于酶蛋白量的变化。 0℃低温胁迫和45℃高温胁迫进程中,幼苗叶片细胞膜系统受到严重伤害,表现为CAT、POD和SOD三种抗氧化酶活性降低,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量明显升高,活性氧浓度增加。经过高温锻炼的幼苗,在低温胁迫期间抗氧化酶活性增强,O_2产生速率和H_2O_2含量先上升后下降,MDA浓度和膜透性也比对照有明显降低且相对稳定;经过低温锻炼的幼苗,在高温胁迫期间,上述各项指标的变化规律与高温锻炼幼苗在低温胁迫期间的变化趋势相似。 胶体金免疫电镜定位结果表明,热激蛋白HSP70主要定位在叶绿体的片层膜和淀粉粒、线粒体、细胞核的核仁和核质、以及胞质中,尤以叶绿体和细胞核中的免疫颗粒密度最大;sHSP17.6在叶肉细胞中的分布规律与HSP70相似,不同的是在淀粉粒上几乎没有sHSP17.6的分布,并且在数量上明显少于HSP70。高温锻炼可诱导葡萄幼苗叶片中HSP70和sHSP17.6的表达量的增加,并且在低温胁迫条件下一直保持比对照相对较高的水平,sHSP17.6的结果更显著;低温锻炼预处理对HSP70和sHSP17.6的表达量似乎没有影响,但可增强两种HSP在高温胁迫条件下的表达水平。Western blot检测和胶体金免疫定位都得到了一致的结果。并且证实了高温锻炼可对HSP70和HSP17.6的合成在转录和翻译两种水平上起调节作用。 38℃/10h热预处理可诱导葡萄果实对-2℃低温的适应性反应,其作用机制与高温锻炼诱导的幼苗耐冷性相似。


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