低温和光照下拟南芥抗氰呼吸与光合作用关系研究

论文摘要

植物线粒体中存在-条区别于动物呼吸系统的电子传递途径——交替途径（抗氰呼吸途径）。目前,交替途径的在植物中的生理功能和生理学意义还没有明确的结论,但交替途径在植物中普遍存在,而且在植物体内发挥着重要的作用,是植物生理生化研究的热点。本论文通过光下拟南芥生长发育过程中抗氰呼吸的变化,初步探索了其在不同的光照周期以及光强的环境下,对光合作用的影响和相互之间的关系。通过实验发现,在植物生长和发育过程中,随着光合组织在光照下进-步的生长发育,交替途径不断上升,总呼吸和光合作用也都在不断地加强。采用6h、8h、12h和16h不同光照周期对刚出芽的拟南芥进行培养,发现拟南芥在短光照周期下比长光照周期有更强的光合作用。同时,抗氰呼吸占总呼吸的比例在不同的光照周期下和光合作用有着正相关的变化。实验还发现,光照周期对拟南芥叶片叶绿素的含量没有明显的影响,但是不同光照周期下拟南芥叶片形态有着明显差别。通过对交替氧化酶基因不同表达水平的拟南芥突变体在逆境胁迫下生理学功能的研究表明,在低温胁迫下,交替途径不仅有助于维持细胞组织的正常机能,而且有助于降低细胞体内在低温下活性氧的积累和避免光合机构受到损伤。在低温胁迫下,交替氧化酶蛋白表达的提升进而增强了抗氰呼吸的运行。在此过程中拟南芥光合速率有所下降,AOX过量表达的XX-1和E-14两株下降幅度最小,而以AOX缺失表达的AS-12株下降幅度最大；12h 6℃低温胁迫后,XX-1和E-14两株保持了拟南芥叶片相对含水量和膜透性相对野生型有较小幅度的变化,同时它们也保持了相对较少ROS的产生和较低的氧化损伤。相反,AS-12株相对野生型有较大量ROS的产生和较强的氧化损伤。由此可见抗氰呼吸在植物抗冻性以及保护叶绿体中扮演着重要角色。在强光胁迫下交替途径的运行能够调节植物碳水化合物的水平,并且能保护光合机构避免强光引起的损伤。强光胁迫后,XX-1和E-14体内可溶性糖和淀粉含量比对照有了明显的升高,而且AS-12淀粉含量升高幅度最大；在强光胁迫过程中,AS-12叶片为了耗散相对较多的剩余激发能,较高的热耗散（DIo/CS）启动。同时,AS-12叶绿体内以光能吸收为基础的性能指数PIABS下降幅度也最为明显。

论文目录

• 缩略词表
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 前言综述
• 1 交替途径的发现
• 2 交替氧化酶（alternative oxidase,AOX）
• 2.1 交替氧化酶蛋白及其结构
• 2.2 交替氧化酶的编码基因及表达
• 2.3 AOX活性调节
• 3 交替途径和光合作用
• 3.1 交替途径消耗叶绿体内过多的还原物质
• 3.2 优化光合作用碳的同化
• 3.3 保护叶绿体避免光抑制
• 4 交替途径对环境胁迫的响应以及与ROS之间的关系
• 5 交替途径的生理学功能
• 6 课题的提出
• 第二部分 拟南芥生长过程中交替途径运行规律及其与光合呼吸之间的关系研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 拟南芥种子培养
• 1.2.2 呼吸的检测方法
• 2固定速率的测定'>1.2.3 叶片CO₂固定速率的测定
• 1.2.4 叶片叶绿素含量的测定
• 2 实验结果与分析
• 2.1 拟南芥生长过程中呼吸和光合的变化
• 2.2 光照周期和强度对拟南芥叶片光合和呼吸的影响
• 2.3 叶片叶绿素含量测定以及形态的变化
• 3 讨论
• 第三部分 交替途径在逆境下对光合组织的保护作用
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 植物的培养和处理
• 1.2.2 呼吸的检测方法
• 2固定速率的测定'>1.2.3 叶片CO₂固定速率的测定
• 1.2.4 相对含水量（RWC）的测定
• 1.2.5 叶片电子渗透的测定
• 1.2.6 TBARS测定
• 2O₂含量的测量'>1.2.7 H₂O₂含量的测量
• 1.2.8 拟南芥根尖活性氧（ROS）的检测
• 1.2.9 叶绿素荧光测定
• 1.2.10 拟南芥线粒体蛋白提取及Western Blotting
• 2 实验结果与讨论
• 2.1 不同水平AOX突变体对低温环境下呼吸和光合的响应
• 2.2 交替途径提升了拟南芥的抗冻性
• 2.3 逆境条件交替呼吸途径清除活性氧（ROS）的作用
• 2.4 低温对拟南芥叶片PSⅡ系统光合性能的影响
• 2.5 低温胁迫下拟南芥叶片交替氧化酶的表达
• 3 讨论
• 第四部分 光照下交替呼吸途径对光合代谢及电子传递链的影响
• 1 实验材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 植物组织碳水化合物的提取和测定
• 1.2.2 淀粉含量的测定
• 1.2.3 拟南芥线粒体蛋白提取及Western Blotting
• 1.2.4 叶绿素荧光的检测
• 2 实验结果与分析
• 2.1 低温和强光对拟南芥叶片光合代谢的影响
• 2.2 低温和强光下拟南芥叶片AOX蛋白表达
• 2.3 强光下拟南芥叶片光合电子传递链的变化
• 3 讨论
• 第五部分 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢