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实践十号返回式卫星搭载对水稻氧化应激效应的研究

曾德永  
【摘要】:氧化应激会导致植物体内活性氧增多,产生脂质过氧化,影响抗氧化酶系活性、能量代谢等。为了探索空间环境对植物氧化应激效应的影响,本课题在实践十号返回式卫星三个不同位置(SPA、SPB、SPC)搭载模式植物东农423水稻种子,返回地面后进行生物学效应研究。本论文从株高、抗氧化水平、关键酶基因的表达等层面研究空间飞行对水稻不同发育阶段线粒体功能的生物学效应,获得如下结果:1.通过株高的测量进行表型研究。在三叶期,空间飞行后水稻株高高于对照组,差异显著。抽穗期时空间飞行组与对照株高无显著差异。经空间飞行后水稻在三叶期时表现出低剂量辐射刺激效应,而这种效应在之后的生长发育阶段逐步得到修复。2.通过DCF方法对活性氧(ROS)进行测定,结果表明空间飞行组ROS含量在三叶期低于对照组,在分蘖期和成熟期高于对照组,差异显著。这说明氧化应激效应发生在三叶期并一直持续到水稻的成熟期。但三叶期的氧化应激效应变化规律与其它时期不同,推测在三叶期时氧化应激效应相关因子的表达可能不同。3.通过分光光度法对氧化应激相关酶的酶活性进行测定,结果表明空间飞行组三个不同飞行轨道在三叶期时超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活力显著高于对照组,与三叶期ROS水平趋势一致。在分蘖期空间飞行组SOD活力高于对照组,与分蘖期ROS含量变化趋势一致。但在分蘖期APX活力在SPB组中显著低于对照组,这说明在分蘖期时水稻体内的ROS主要为H_2O_2,且与不同的位置有关。在成熟期空间飞行组中SPA组SOD活力显著低于对照组,表明成熟期时水稻的氧化应激效应主要受其它过氧化氢清除酶活力的影响。由于植物产生ROS的主要场所是线粒体,所以对线粒体相关基因编码的酶进一步研究。4.采用qRT-PCR方法对线粒体氧化应激相关酶基因的表达量进行检测。结果表明各实验组线粒体氧化应激相关酶基因的表达与水稻的抗氧化应激酶活水平及ROS含量并不一致,推测空间飞行组中氧化应激发生的主要场所不完全是线粒体,可能是因为空间飞行对水稻的线粒体本身产生了较大影响,从而也影响了氧化应激的表现。5.采用qRT-PCR方法对线粒体三羧酸循环关键酶基因的表达进行验证研究。结果表明空间飞行影响了线粒体三羧循环关键酶基因的表达,说明空间飞行产生氧化应激引起了线粒体本身的功能障碍,从而在三叶期时表现出三羧酸循环速率受到抑制,而分蘖期时三羧酸循环速率增加,则是氧化应激有所缓解导致线粒体功能的到部分修复的原因。综上,可以表明空间飞行对水稻产生了氧化应激效应。同时发现在三叶期时氧化应激效应发生的主要场所并不仅仅是在线粒体,通过对三羧酸循环关键酶基因表达量的分析,确定了空间飞行产生的氧化应激效应将引起线粒体功能障碍。本研究为后续研究空间环境对水稻代谢产物以及能量代谢的影响提供了基础,同时为后续研究空间飞行对水稻能量对线粒体功能紊乱和空间生物学效应关系的研究具有重要的理论价值。


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