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黄瓜Rubisco与Rubisco活化酶对低温弱光的响应与适应

作　者: 姜振升
导　师: 艾希珍
学　校: 山东农业大学
专　业: 蔬菜学
关键词: 黄瓜低温、弱光核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco) Rubisco活化酶(RCA) 基因表达
分类号: S642.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

核酮糖-l,5-二磷酸羧化/加氧酶（Rubisco）是催化光合碳循环和光呼吸第一步反应的关键酶,在调节光合速率中发挥重要作用,该酶需要进行氨甲酰化并与Mg²⁺结合才具有催化活力。Rubisco在体内的活化需要Rubisco活化酶（RCA）的促进。本文以‘津优3号’黄瓜为试材,研究低温弱光下黄瓜幼苗Rubisco、RCA活性及其基因表达量的变化,日光温室黄瓜Rubisco、RCA活性及基因表达特性。主要结果如下:1.亚适温弱光（ST+LL）和低温弱光（LT+LL）处理的单株叶面积和干物重均明显减小。处理初期光合速率（Pn）、Rubisco活性及其大亚基（rbcL）、小亚基（rbcS）基因表达、RCA活性与基因（CsRCA）表达量大幅度降低,5⁷d后,ST+LL处理的缓慢回升,而LT+LL处理的持续下降,表明黄瓜光合机构对亚适温弱光环境有逐步适应机制。Rubisco和RCA活性及其基因表达对低温弱光的响应与Pn基本一致,可见,低温弱光下RCA和Rubisco活性及其基因表达量下降是黄瓜幼苗Pn降低的重要原因。2.适宜温度下,黄瓜幼苗Pn和RCA活性随着光量子通量密度（PFD）的降低而减小,100μmol·m^-2·s^-1弱光处理可使Rubisco初始活性和总活性明显降低,而300μmol·m^-2·s^-1亚弱光处理的与CK差异不显著。随着PFD减弱,rbcL mRNA相对表达量逐渐增加,而rbcS的逐渐减小。100μmol·m^-2·s^-1弱光和300μmol·m^-2·s^-1亚弱光处理均使CsRCA相对表达量明显增加。弱光处理的Chl b含量增加,Chl a/b明显降低,而亚弱光处理的色素含量与CK差异不显著。3.日光温室黄瓜功能叶片的Pn呈明显的季节变化,9月17日¹2月20日Pn与PFD和气温（Ta）成正相关。Rubisco和RCA活性及rbcL、rbcS、CsRCA相对表达量与Pn的变化规律相似。4. 5月20日晴天条件下测定的日光温室黄瓜Pn日变化呈双峰型,高峰分别出现在11:00和13:00,说明此时存在午休现象。Rubisco总活性日变化呈单峰型,12:00出现高峰;Rubisco初始活性日变化为双峰型,分别在12:00和16:00出现高峰,而RCA活性中午时段的变化平稳。rbcL相对表达量日变化呈单峰型,最大值出现在16:00;而rbcS和CsRCA的呈双峰型,高峰分别出现在12:00和16:00。5.日光温室黄瓜中位叶（第4⁸叶）的Pn、Rubisco初始活性、总活性和RCA活性明显高于下位叶（第12叶）和上位叶（第1叶）。第4叶、8叶、第12叶和第1叶的rbcL相对表达量依次降低;rbcS相对表达量则是4叶、1叶、8叶和12叶的依次降低;而CsRCA相对表达量随着叶位的下降而升高。6.通过RT-PCR技术克隆了RCA基因的一个长562bp片段,构建了原核表达载体,经过IPTG诱导后表达1条分子量约27.15kD的特异蛋白,为下一步制作抗体进行western blot分析RCA在蛋白水平上的表达奠定了基础。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-14
1 引言  14-30
  1.1 低温弱光对植物光合作用的影响  14-17
  1.2 Rubisco 与光合作用的关系  17-22
    1.2.1 Rubisco 的生物学特性  17-22
  1.3 RCA 与光合作用的关系  22-27
    1.3.1 RCA 的分子特性  22-23
    1.3.2 RCA 与Rubisco 的相互作用  23-27
  1.4 环境生态因子对Rubisco 与RCA 的影响  27-29
    1.4.1 光照  27-28
    1.4.2 温度  28
    1.4.3 C0_2 浓度  28-29
  1.5 本研究的目的和意义  29-30
2 材料与方法  30-41
  2.1 供试材料  30-31
    2.1.1 植物材料  30
    2.1.2 菌株与质粒  30
    2.1.3 酶及生化试剂  30
    2.1.4 PCR 引物  30-31
  2.2 试验设计  31-32
    2.2.1 黄瓜幼苗Rubisco 与RCA 对低温弱光的响应  31
    2.2.2 黄瓜幼苗Rubisco 与RCA 对适温弱光的响应  31
    2.2.3 日光温室黄瓜Rubisco 与RCA 的基因表达特性  31-32
  2.3 测定方法  32-40
    2.3.1 生长量  32
    2.3.2 叶绿素色素含量测定  32
    2.3.3 光合速率  32
    2.3.4 Rubisco 与RCA 活性  32-33
    2.3.5 Rubisco 和RCA 基因表达  33-34
    2.3.6 原核载体构建方法步骤  34-38
    2.3.7 原核表达载体的诱导表达  38-40
  2.4 数据分析  40-41
3 结果与分析  41-60
  3.1 黄瓜幼苗Rubisco 与Rubisco 活化酶对低温弱光的响应  41-46
    3.1.1 低温弱光对黄瓜幼苗生长量的影响  41
    3.1.2 低温弱光对黄瓜幼苗光合速率的影响  41-42
    3.1.3 低温弱光对黄瓜幼苗Rubisco 活性及其基因表达的影响  42-44
    3.1.4 低温弱光对黄瓜幼苗叶片RCA 活性及其基因表达的影响  44-46
  3.2 黄瓜幼苗Rubisco 与Rubisco 活化酶对弱光的响应  46-50
    3.2.1 弱光对黄瓜幼苗光合速率的影响  46
    3.2.2 弱光对黄瓜幼苗Rubisco 活性及其基因表达的影响  46-48
    3.2.3 弱光对黄瓜幼苗叶片RCA 活性及其基因表达的影响  48-49
    3.2.4 弱光对黄瓜幼苗叶片色素含量变化  49-50
  3.3 日光温室黄瓜Rubisco 与Rubisco 活化酶基因表达特性  50-56
    3.3.1 Pn 时期变化  50
    3.3.2 Rubisco、RCA 活性与基因表达的时期变化  50-52
    3.3.3 日光温室黄瓜叶片光合速率日变化  52-53
    3.3.4 日光温室黄瓜叶片Rubisco、RCA 活性与基因表达日变化  53-54
    3.3.5 日光温室黄瓜不同叶位叶片光合速率  54-55
    3.3.6 日光温室黄瓜不同叶位叶片Rubisco、RCA 活性与基因表达  55-56
  3.4 黄瓜Rubisco 活化酶基因原核表达载体的构建  56-59
    3.4.1 RCA 基因片段的克隆与连接  56-57
    3.4.2 载体构建  57-59
  3.5 重组蛋白表达与SDS-PAGE 分析  59-60
4 讨论  60-63
  4.1 低温弱光下黄瓜幼苗Rubisco 与RCA 活性及基因表达与光合速率的关系  60-61
  4.2 日光温室黄瓜 Rubisco、RCA 活性及基因表达特性与光合速率的关系  61-62
  4.3 原核表达载体构建与诱导  62-63
5 结论  63-64
参考文献  64-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的论文  80

黄瓜Rubisco与Rubisco活化酶对低温弱光的响应与适应

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