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高温胁迫对转甜椒甘油-3-磷酸酰基转移酶基因烟草PSⅡ光化学活性的影响

作　者: 赵世杰
导　师: 孟庆伟
学　校: 山东农业大学
专　业: 农业推广
关键词: 转基因烟草甜椒甘油-3-磷酸酰基转移酶基因类囊体膜脂脂肪酸组分高温胁迫 PSⅡ光化学活性
分类号: S572
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

植物在生长发育过程中经常会遭受到强光、高温、低温、干旱和涝害等逆境胁迫,从而影响植物正常的生理生化代谢过程。温度是限制植物生长、发育及产量的重要环境因子,特别是近年来,随着工业发展,大量排放CO₂,大气中的CO₂浓度不断升高,形成“温室效应”,气温持续升高,导致作物产量降低,品质下降,给农业生产造成越来越严重的损失,因此,高温对作物产量和品质的影响日益受到人们的重视。生物膜上各种脂类的饱和程度与植物对温度逆境的响应有着密切的关系。甘油-3-磷酸酰基转移酶（GPAT: EC2.3.1.15）作为甘油脂合成途径中的第一个酶,对不同底物的选择性差异影响类囊体膜甘油脂的饱和程度,因此GPAT在植物膜系统对温度的响应过程中起重要作用。本文以转正义甜椒甘油-3-磷酸酰基转移酶（CaGPAT）基因烟草和野生型烟草为实验材料,研究了转基因烟草类囊体膜脂组成的变化、高温胁迫下转基因烟草PSII对光能的吸收、电子传递能力及光化学活性的影响,为转基因改良作物新品种,提高抗逆性提供理论参考。主要结果如下:1、转甜椒GPAT基因烟草类囊体膜脂类的相对含量变化不大,PG含量稍有上升。但是,类囊体膜脂的单半乳糖甘油二脂（MGDG）,双半乳糖甘油二脂（DGDG）,硫代异鼠李糖甘油二脂（SQDG）和磷脂酰甘油（PG）的饱和程度均上升,其中MGDG饱和程度增加了16.2%,上升幅度最为显著。2、随着胁迫温度的升高,转基因烟草植株与野生型植株Pn,Fv/Fm,ΦPSⅡ,Fv’/Fm’,qP不断降低,二者变化趋势相同,在35℃时无明显差异,40～48℃之间转基因植株下降的幅度明显小于野生型,48℃胁迫下差异最为显著。随着胁迫温度的升高,转基因烟草植株Fo,NPQ上升幅度小于野生型植株,说明转基因烟草植株PSⅡ在高温下能够维持较高的光化学活性,从而在一定的程度上维持较高的光合速率,提高了转基因烟草耐高温能力。3、在35⁴4℃温度范围内,转基因烟草和野生型烟草的Q_A还原程度和还原速率均增加,表明Q_A到Q_B的电子传递的受到抑制。转基因烟草的电子传递受抑制程度小,表明转基因植株改变膜脂组分后PSⅡ的电子受体耐高温的能力显著提高。高温损伤电子传递体,导致受体接受电子的能力减弱,电子受体库因而变小,Q_A氧化还原次数也随之减小,野生型烟草PSⅡ的电子受体库耐受高温的能力小于转基因烟草。4、48℃高温胁迫后,转正义甜椒GPAT基因烟草膜系统受伤害程度较轻,F_K/F_J,Ψo和Fv’/Fm’的变化幅度较小,Fv/Fm,ΦPSII维持在相对较高的水平。这说明转基因烟草PSⅡ供体侧放氧复合体和受体侧电子传递以及捕光色素复合体受高温影响较小,因此能在高温下维持相对较高的光化学效率。

全文目录

中文摘要  8-10
Abstract  10-13
1 引言  13-25
  1.1 高温胁迫对植物光合特性的影响  13-19
    1.1.1 高温胁迫对叶绿体光系统Ⅱ功能的影响  14-16
      1.1.1.1 高温胁迫造成PSⅡ反应中心的可逆失活  14-15
      1.1.1.2 高温胁迫引起PSⅡ外周天线的变化  15-16
      1.1.1.3 高温胁迫造成放氧复合体活性丧失  16
      1.1.1.4 高温胁迫对PSⅡ电子传递的影响  16
    1.1.2 高温胁迫对Rubisco 活性的影响  16-17
    1.1.3 高温胁迫下植物的防御机制  17-19
      1.1.3.1 高温胁迫对热耗散的影响  17-19
      1.1.3.2 高温胁迫对活性氧的清除能力的影响  19
  1.2 高温胁迫对植物膜脂脂肪酸饱和程度的影响  19-20
  1.3 GPAT 底物选择性对不饱和脂肪酸的生物合成的影响  20-23
  1.4 高温胁迫与膜脂脂肪酸饱和程度对PSII 的影响  23-24
  1.5 本研究的目的和意义  24-25
2 试验材料与方法  25-35
  2.1 试验材料与种植  25
  2.2 材料处理  25
  2.3 测定指标及方法  25-31
    2.3.1 转基因植株Northern 杂交分析  25-28
      2.3.1.1 RNA 提取及电泳  25-26
      2.3.1.2 转膜及烘膜  26-27
      2.3.1.3 探针合成  27
      2.3.1.4 预杂交、杂交及放射自显影  27-28
    2.3.2 转基因烟草T1 代PCR 鉴定  28-29
      2.3.2.1 CTAB 法微量提取基因组DNA  28
      2.3.2.2 转基因植株的PCR 筛选  28-29
    2.3.3 类囊体膜脂组成测定方法  29-30
    2.3.4 细胞膜伤害度的测定  30-31
    2.3.5 叶片气体交换参数的测定  31
    2.3.6 叶片叶绿素荧光参数的测定  31
    2.3.7 叶片叶绿素快速荧光诱导曲线的测定  31
  2.4 荧光参数所代表的生理学意义  31-35
    2.4.1 调制式荧光仪测定的荧光参数定义及生物学意义  31-32
    2.4.2 叶绿素快速荧光诱导曲线参数定义及生物学意义  32-35
3 结果与分析  35-48
  3.1 转甜椒GPAT 基因烟草植株表达分析  35
  3.2 转基因烟草T1-2 株系PCR 检测  35-36
  3.3 转基因烟草植株类囊体膜脂脂肪酸组分含量的变化  36
  3.4 不同温度胁迫下转基因烟草植株叶绿素荧光参数和光合特性的变化  36-39
    3.4.1 不同温度胁迫下转基因烟草植株叶绿素荧光参数的变化  37-39
    3.4.2 不同温度胁迫下转基因烟草植株Pn 参数的变化  39
  3.5 不同温度胁迫对转基因烟草植株PSⅡ功能的影响  39-43
    3.5.1 不同温度胁迫下转基因烟草植株PSⅡ能量分配参数的变化  39-42
    3.5.2 不同温度胁迫对转基因烟草植株PSⅡQA 氧化还原状态及受体库的影响  42-43
    3.5.3 不同温度胁迫对转基因烟草植株PI 参数的影响  43
  3.6 48℃高温处理对转基因烟草植株膜伤害度、叶绿素荧光参数及快速动力学曲线的影响  43-48
    3.6.1 48℃高温处理不同时间对转基因烟草植株膜伤害度的影响  43-44
    3.6.2 48℃高温处理不同时间对转基因植株PSII 最大光化学效率的影响  44-45
    3.6.3 48℃高温处理不同时间对转基因植株PSⅡ光化学活性的影响  45-46
    3.6.4 48℃高温处理不同时间对转基因植株Fk/Fj 的影响  46-48
4 讨论  48-55
  4.1 转GPAT 基因对类囊体膜脂肪酸组分含量的影响  48-49
  4.2 短期高温胁迫对转GPAT 基因植物光合特性的影响  49-50
  4.3 短期高温胁迫对转GPAT 基因植物PSⅡ功能的影响  50-52
  4.4 高温胁迫不同时间对转GPAT 基因植株PSⅡ的影响  52-55
5 结论  55-57
6 参考文献  57-71
7 致谢  71-72
8 攻读学位期间发表论文的目录  72

高温胁迫对转甜椒甘油-3-磷酸酰基转移酶基因烟草PSⅡ光化学活性的影响

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