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海带对高温胁迫的生理生化响应和耐高温机理的初步研究

王悠  
【摘要】: 海带人工育苗是发展我国海带养殖事业的一个重要环节,目前海带育种中存在的突出问题是海带耐热性与抗病力降低,研究海带耐高温胁迫的生理机制、提高海带的抗热性对于发展海带养殖事业具有重要意义。 水文以我国沿海广泛培育的日本真海带的两个品系:耐高温的901和热敏感的荣成1号(RC)为实验材料,研究高温胁迫对海带生长的影响,结果发现: 高温使海带的生长受到抑制,对褐藻酸降解菌的抗性降低。随着温度的升高,细胞内活性氧含量明显上升,细胞的膜脂过氧化和脱酯化程度增加,膜相对透性增大,表明高温使海带膜受到了严重伤害,并因此推测高温对细胞膜的伤害作用是引起海带生长抑制、抗性降低并造成病烂的原因。 海带在正常生长条件下的抗氧化系统成分的本底含量与海带的耐高温性状之间没有明显的一致性关系。901和RC的总抗氧化能力在t=0.05水平上没有明显差别;但RC的抗坏血酸含量以及酶促抗氧化系统中的Gpx活性远远高于901(p<0.05);所检测的抗氧化系统中的其它成分(多酚,SOD,POD,PPO,CAT,PAL)在t=0.05水平上均无明显的差别;同时,采用聚丙烯酰胺凝胶电用技术(PAGE)对两个品系海带的5种同工酶(PRX、PPO、MDH、ME、GDH)进行检测,发现在PRX、PPO、MDH与ME同工酶谱中均存在差别,主要表现为条带多少、活性强弱以及迁移率(R_f)的不同,其中ME和PRX可以作为灵敏区分两个品系海带的特异性酶。 在高温胁迫下,两个海带品系抗氧化系统中的不同成分对于高温的应激性是不同的,有的酶通过提高活性,有的则是通过增加稳定性来增强保护功能;RC的抗氧化系统对高温胁迫比较敏感,同样的胁迫条件对RC抗氧化系统的活性影响先于对901的影响,这种敏感性的差异可能是导致不同品系海带耐热性差异的根本原因。实验中还发现,半伤害时间能够用来表明海带耐受高温伤害的能力,叶绿素的半伤害时间可以作为灵敏判定海带耐热性的指标。 Ca~(2+)已知是一种重要的细胞膜保护物质。经过外源Ca~(2+)预处理后,高温胁迫下901和RC处理组的ROS和MDA含量均低于未经处理的对照组;同时Ca~(2+)预处理能调节植物体内的抗氧化酶活性,延缓高温胁迫对酶活性的抑制,提高 海带的耐热性。另外,901中无论是细胞膜的稳定性还是保护酶活性对c扩+调 节的灵敏性都高于RC,同样证明对外界因子应激反应的不同可能是901和RC 耐‘热性差异的因素之一。 水杨酸(sA)和热锻炼(HH)能够提高植物的耐热性。经过sA和HH预处理 后,海带体内的活性氧水平和丙二醛含量明显低于未经处理的对照组(CK),说 明SA和HH提高植物的耐热性可能同其能增加细胞膜的稳定性有关;处理组的 保护酶活性受高温的影响小于对‘照组,并在生长条件恢复后酶的活性能逐渐恢 复,其变化趋势与细胞膜的稳定性之间存在一定的相关性,因此进一步推测高 温胁迫对海带造成的伤害可能首先作用于细胞膜,进而影响到细胞内保护酶的 活性。经HH与SA处理后的细胞膜稳定性以及保护酶活性和蛋白质含量的变化 都十分类似,推测SA与HH在提高耐热性方面具有相似的机理。 另外,我们还建立了热激条件下(250C,411) 901幼抱子体的cDNA文 库,为后续的耐热性分子机理的研究提供基础的实验依据。 根据以上的实验结果我们认为,高温首先作用于海带的细胞膜结构,使海 带体内活性氧含量增高,细胞膜的透通性增大,造成细胞膜的伤害;受到伤害 的细胞膜能影响海带的生理代谢以及细胞体内抗氧化系统的活性,造成植物体 内的活性氧进一步增加,最终导致海带的病烂。而影响不同品系海带对高温耐 性差异的根本原因可能是由海带体内抗氧化系统在胁迫下的应激性差异造成 的。


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