水稻质膜NADPH氧化酶对干旱胁迫的响应及其催化特性的研究

作     者：段壮芹 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵志光;陈坤明

授予年度：2008年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：干旱胁迫 质膜NADPH氧化酶(PM-NOX) 过氧化氢(H2O2) 超氧阴离子(O2.-) DPI 水稻(Oryza sativa) 

摘      要：质膜NADPH氧化酶(plasma membmne NAPDH oxidase,PM-NOX)是一种普遍存在于各种生物中的活性氧(reactive oxygen species,ROS)产生酶,在胁迫条件下,被认为是生物ROS产生的主要来源。当前有关该酶结构、定位及其在生物发育与胁迫响应中的功能及作用机制的研究日益得到人们的重视。PM-NOX是一种含血红素的跨膜蛋白,其功能不仅仅局限于ROS的产生,还参与了细胞跨膜电势的调节。然而,迄今为止人们对PM-NOX在植物发育与胁迫响应中的功能依然知之甚少。本研究利用显微组化等手段对水稻PM-NOX在干旱条件下的响应行为及其与ROS产生与清除之间的相关性进行了研究。发现,干旱在导致水稻一系列抗氧化酶如SOD、POX、CAT、GR和APX等活性升高的同时,也导致水稻PM-NOX活性大幅升高,且其活性升高幅度随干旱程度的加重和干旱持续时间的延长而增大。进一步的研究发现,干旱导致水稻PM-NOX活性的升高是与干旱条件下HO和O等ROS水平的大幅升高相对应的,表明PM-NOX确实参与了水稻对干旱胁迫的响应。应用该酶专一性抑制剂(DPI,diphenylene iodinium)的研究表明,水稻PM-NOX在干旱条件下的抑制显著降低了水稻植株对干旱胁迫的抵抗能力,表明该酶在水稻干旱胁迫响应与忍耐中具有重要作用。对该酶催化特性的研究显示,水稻PM-NOX是一种黄素蛋白(Flavin)部分依赖的酶类,其活性受Ca调控且表现出明显的耐高温(干旱条件下最适温度可达45℃)、嗜碱性(最适pH9.8)的特点。这些研究结果表明,水稻PM-NOX及其特殊催化特性与水稻抗旱性密切相关,可能是水稻响应干旱胁迫及忍耐机制形成的重要生理调控因素。