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祁连圆柏和圆柏色素以及抗氧化系统的季节性变化

作　者: 简启亮
导　师: 徐世健；陈拓
学　校: 兰州大学
专　业: 植物学
关键词: 祁连圆柏圆柏色素系统抗氧化系统
分类号: S791.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

适宜的环境温度对植物正常生长起着至关重要的作用,而当环境温度降低到一定程度时,植物体则会受到伤害,严重时甚至引起死亡。研究低温胁迫对植物的伤害机理,探索植物抗寒机制以及预防措施,具有重要的理论与实际意义。在低温胁迫下,植物必然要发生相应的适应性变化或者迅速的防卫反应,才能提高抗寒能力,以避免冻害发生。目前,有关我国西北圆柏属常绿木本植物低温胁迫下抗性生理的研究报道较少。本研究以祁连圆柏(Sabina przewalskii)和圆柏(Sabina chinensis)为材料,利用高效液相色谱技术和一些生理生化方法测定祁连圆柏和圆柏色素以及抗氧化系统的季节性变化,探讨这两种圆柏色素系统和抗氧化系统随季节的变化规律,以阐明常绿木本植物祁连圆柏和圆柏的抗冻机理。研究表明：1.色素的季节性变化随温度降低,祁连圆柏和圆柏中花青苷含量呈直线上升趋势,在低温季节花青苷含量明显高于其他季节,花青苷合成途径中的苯丙氨酸解氨酶(PAL)和类黄酮葡糖基转移酶(UFGT)这两种酶的活性随季节的变化规律与花青苷类似,PAL和UFGT活性与花青苷含量呈极显著正相关,证实了这两种酶在两种圆柏中对花青苷合成起关键作用,是祁连圆柏和圆柏中花青苷合成的关键酶。这表明,在一定范围内低温促进花青苷的合成,花青苷在两种圆柏中可能充当了低温信号分子。花青苷的合成需要糖源,两种圆柏中可溶性总糖、蔗糖和果糖含量在花青苷积累期也迅速升高,低温季节明显高于其他季节,与花青苷含量的变化呈极显著正相关,淀粉含量在低温季节低于其他季节,蔗糖合成途径中的转化酶与蔗糖含量的变化呈负相关,蔗糖磷酸合成酶与蔗糖含量季节性变化呈极显著正相关,而蔗糖合成酶与蔗糖合成相关性不明显。两种圆柏中类黄酮含量随温度的降低而升高,低温季节高于其他季节,说明类黄酮在祁连圆柏和圆柏中的产生可以抵抗低温；紫松果黄素含量也随温度下降而升高；(A+Z)/(V+A+Z)和类胡萝卜素含量变化相似,随温度下降而增加；叶绿素含量随温度下降而降低。这些色素随季节的变化是祁连圆柏和圆柏对低温的适应性表现。两种圆柏属植物的上述生理反应存在种间差异,除非结构性碳水化合物含量外,祁连圆柏PAL、UFGT活性、(A+Z)/(V+A+Z)值、花青苷、类黄酮、类胡萝卜素以及叶绿素含量均高于圆柏,这与祁连圆柏有更高的海拔分布,经受了更低的温度和更强的光照锻炼有关。2.抗氧化系统的季节性变化祁连圆柏和圆柏中抗坏血酸-谷胱甘肽循环各组分和脯氨酸含量低温季节高于其他季节,都是随温度的降低而升高,表明抗氧化系统在清除氧自由基抑制膜脂过氧化提高抗冻性方面具有重要作用。低温导致活性氧自由基产生,这时需要大量的ASA以清除活性氧自由基,同时高活性的DHAR和APX是产生大量ASA所必需的。因此,祁连圆柏和圆柏中抗氧化物质含量的上升是适应低温的结果。祁连圆柏中GR、DHAR、APX这三种酶的活性以及ASA、GSH和Pro含量高于圆柏,而圆柏MDA含量较祁连圆柏高,反映了祁连圆柏具有较强的抗氧化能力,这是与祁连圆柏生长在较强光照和高海拔的环境下相关的。祁连圆柏花青苷含量与Rho、VAZ、APX、GR、ASA、GSH呈极显著正相关,色素Rho和VAZ具有抗低温和光保护作用,抗氧化物ASA和GSH、APX和GR活性的增加是由于低温引起的抗氧化胁迫能力增强,表明花青苷与其它色素和ASA-GSH循环各组分之间存在着共调节,形成了一个抗低温、抗氧化和光保护网络。而圆柏花青苷与其它色素及ASA-GSH循环各组分呈显著相关或不相关,且低于祁连圆柏。总之,从色素和抗氧化系统来看,祁连圆柏比圆柏对季节变化具有更强的调适能力,具有更广泛的适应性策略。

全文目录

缩略词表(Abbreviations)  3-5
摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 花青苷(Acy)的作用  11-14
    1.1.1 花青苷的结构和性质  11-12
    1.1.2 花青苷的功能  12-13
    1.1.3 花青苷的生物合成途径  13-14
    1.1.4 花青苷重要的生物合成酶  14
  1.2 类黄酮(Fla)的主要作用  14
  1.3 叶黄素循环(VAZ)的作用  14-15
  1.4 叶绿素(Chl)与类胡萝卜素(Car)的作用  15-16
  1.5 非结构性碳水化合物(可溶性糖、淀粉)的主要作用  16
  1.6 抗坏血酸—谷胱甘肽(ASA-GSH)循环的作用  16-18
    1.6.1 抗坏血酸—谷胱甘肽循环途径  16-17
    1.6.2 抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)的主要作用  17
    1.6.3 脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)的主要作用  17-18
  1.7 本论文研究的目的和意义  18-19
第二章材料与方法  19-24
  2.1 材料和方法  19-20
    2.1.1 自然概况  19
    2.1.2 实验材料  19-20
  2.2 实验方法  20-24
    2.2.1 花青苷(Acy)含量及其花青苷合成酶PAL和UFGT活性的测  20
    2.2.2 类黄酮的提取与测定  20
    2.2.3 紫松果黄素含量的测定  20
    2.2.4 叶黄素循环活性的测定  20-21
    2.2.5 叶绿素和类胡萝卜素含量的测定  21
    2.2.6 非结构性碳水化合物含量及其蔗糖合成途径中几种酶活性的测定  21
    2.2.7 酶液的提取与测定  21-22
    2.2.8 抗氧化系统及其相关酶活性的测定  22-23
    2.2.9 数据分析  23-24
第三章结果与分析  24-35
  3.1 色素含量及其花青苷合成酶PAL和UFGT活性的季节性变化  24-27
    3.1.1 花青苷(Acy)和类黄酮(Fla)含量的季节性变化  24
    3.1.2 PAL和UFGT活性的季节性变化  24-25
    3.1.3 紫松果黄素含量和(A+Z)/(V+A+Z)值的季节性变化  25
    3.1.4 叶绿素含量和类胡萝卜素含量的季节性变化  25-26
    3.1.5 花青苷与类黄酮、PAL、UFGT以及环境平均温度的相关性分析  26-27
    3.1.6 花青苷与其它色素的相关性分析  27
  3.2 非结构性碳水化合物以及蔗糖合成途径中的几种酶的季节性变化  27-31
    3.2.1 可溶性总糖和蔗糖含量的季节性变化  27-28
    3.2.2 果糖和淀粉含量的季节性变化  28
    3.2.3 中性转化酶(NI)和酸性转化酶(AI)活性的季节性变化  28-29
    3.2.4 蔗糖合成酶(SS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)的季节性变化  29-30
    3.2.5 两种圆柏中非结构性碳水化合物与其合成酶的相关性分析  30-31
    3.2.6 花青苷与非结构性化合物及其合成酶的相关性分析  31
  3.3 抗坏血酸-谷胱甘肽循环的季节性变化特征  31-34
    3.3.1 APX、DHAR和GR活性的季节性变化  31-32
    3.3.2 ASA和GSH含量的季节性变化  32-33
    3.3.3 MDA和Pro含量的季节性变化  33-34
  3.4 花青苷与抗氧化系统的相关性分析  34-35
第四章讨论  35-40
  4.1 祁连圆柏和圆柏中色素含量的季节变化特征  35-37
    4.1.1 两种圆柏中色素的抗逆特征  35-36
    4.1.2 两种圆柏中色素含量的差异  36-37
    4.1.3 非结构性碳水化合物对花青苷合成的作用  37
  4.2 祁连圆柏和圆柏中抗氧化系统的季节变化特征  37-38
  4.3 花青苷及抗氧化系统在祁连圆柏和圆柏中形成的保护网络  38-40
参考文献  40-47
在学期间研究成果  47-48
致谢  48

祁连圆柏和圆柏色素以及抗氧化系统的季节性变化

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