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实践十号返回式卫星搭载对水稻光合作用的影响研究

夏文艳  
【摘要】:空间环境具有温度低、辐射强和微重力的特点,大量飞行试验表明,空间环境会对各种生物的表型、生长状态、代谢过程以及基因蛋白表达产生不同程度的影响。水稻是禾本科植物,由于其具有基因组相对较小、内含子少、基因密度高和生长周期短的特点,已经逐渐成为一种典型的模式植物。为了探索空间搭载对植物光合作用的影响并且深入挖掘生物学效应的分子机制,本课题通过实践十号对东农423(DN423)和东农416(DN416)两个水稻品种的种子进行空间搭载,返回地面后,从生理指标、蛋白表达水平和基因转录水平进行比较分析与验证,探究空间飞行所引起的水稻光合作用变化规律,并获得如下结果:1.选取光合作用关键时期分蘖期水稻为材料,测定净光合速率、气孔导度和内部二氧化碳浓度等气体交换参数,并结合叶绿素含量和叶绿素荧光参数等指标,综合分析空间搭载对两种水稻光合效能的影响。发现水稻东农423的光合作用能力高于地面对照,东农416的光合效能受到抑制,说明空间环境对两个水稻品种在光合作用方面分别产生促进和抑制效应。2.采用i TRAQ技术对两个水稻品种三叶期和分蘖期的蛋白表达量进行检测,并借助GO分析、KEGG通路和String Network等生物信息学手段,对光合差异蛋白进行深入分析。结果显示水稻DN423在三叶期时有3个参与光合作用的蛋白表达变化明显,其中2个上调,1个下调,分蘖期时5个变化蛋白,3个上调,2个下调;水稻DN416在三叶期时有3个下调蛋白,分蘖期时有11个蛋白下调。分析结果表明空间搭载后两种水稻均有部分光合蛋白发生变化,变化趋势和数目不同,但随着水稻生长光合差异蛋白的数量在逐渐增多。3.采用荧光定量RT-PCR技术,分别对两个水稻品种编码差异蛋白的基因进行了表达量的分析,同时对光合通路上表达未变化的关键蛋白也进行了基因表达量的分析,结果发现空间搭载对水稻DN423的光合基因表达具有促进作用,而对水稻DN416的光合基因表达具有抑制作用。且两个水稻品种有部分基因在转录水平发生变化而在蛋白表达上没有明显差异,说明相对于蛋白表达,基因转录水平对空间飞行更为敏感。4.空间搭载对水稻DN423的光合作用影响在基因、蛋白和生理表现上都起到促进作用,在水稻分蘖期效果较显著;对DN416从基因到生理表现的各个环节产生影响,在三叶期和分蘖期都表现出抑制效果。说明空间飞行对水稻光合作用的影响与其基因型差异密切相关。


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