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高温胁迫对水稻叶片光合与膜系统伤害的生理生化特征

杨卫丽  
【摘要】:以耐热性存在差异的两个早籼稻品种(J935和J353)为材料,在水稻开花后进行人工气候控温处理,对不同温度处理下水稻叶片光合速率、叶绿素荧光、光系统Ⅱ的D1蛋白、抗氧化酶、活性氧等指标进行了测定,并利用同工酶电泳、透射电镜观察和基因定量表达等技术,探究了叶片POD同工型、叶绿体超微结构、光合膜及D1蛋白和NADPH氧化酶基因表达对花后高温胁迫的响应变化及其与高温下水稻叶片光合速率下降、膜系统伤害间的联系。主要研究结果如下: 1.高温胁迫下,叶片的叶绿素短期内呈下降趋势,之后升高。由于高温胁迫下叶片的光合速率(Pn)下降、气孔导度(Gs)降低和蒸腾速率加快,与高温胁迫下的叶片迅速失水和叶片含水量下降有关。高温胁迫会导致叶绿素荧光参数的最大光能转化效率(Fv/Fm)下降、初始荧光(Fo)上升,随高温胁迫时间延长,这种下降日趋明显。对不同温度处理下叶片光合膜Dl蛋白的Western杂交检测结果表明,高温胁迫下水稻叶片中的D1蛋白表达量显著下降,在D1蛋白的两类存在形态中,非磷酸化D1蛋白在不同温度处理下的表达变化比磷酸化D1蛋白更敏感。免疫细胞定位结果显示,在水稻叶肉细胞中,D1蛋白的胶体金标记为叶绿体所特有,且反映其表达的胶体金颗粒多集中在类囊体片层垛叠区,而在其他细胞器(线粒体、细胞核和细胞壁等)中则极少见到D1蛋白的胶体金标记。不同温度处理间相比,高温处理下叶片类囊体片层垛叠区的D1蛋白标记密度要略低于适温处理,这与D1蛋白的Western杂交结果一致。 2.不同温度处理下POD同工酶的电泳检测图谱显示,水稻叶片中的POD主要有5个同工型,在高温胁迫下,分子量较大的POD同工酶(如POD5等)的活性有所下降,而分子量较小的两个同工酶(POD1和POD2)的活性明显上升,不同同工酶活性对高温胁迫影响的表现不同。对不同温度处理下NADPH氧化酶基因(NOX)各同工型的相对表达量及其温度敏感性的比较表明,OsNox01、 OsNox02和OsNox06这3个同工型对高温影响的表现较敏感,而以OsNox06最为明显。器官特异性表达检测结果表明,在叶片中表达量较高的是OsNox06和OsNox02、因此,OsNox02和OsNox06是水稻叶片中响应高温胁迫的主要同工型。


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