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转pepc基因水稻光呼吸特性及其在强光和盐害中的保护作用

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转pepc基因水稻光呼吸特性及其在强光和盐害中的保护作用

作者：朱静榕南京农业大学

学位级别：硕士

由于环境的破坏,对于植物抗胁迫能力的研究越来越受关注,而许多研究发现存在于C3植物中光呼吸对于植物体的抗性有着重要的作用,关闭光呼吸途径的植物体在受到外界胁迫时,更容易受到破坏。水稻作为我国主要粮食作物之一,一直是人们关注... 详细信息

由于环境的破坏,对于植物抗胁迫能力的研究越来越受关注,而许多研究发现存在于C3植物中光呼吸对于植物体的抗性有着重要的作用,关闭光呼吸途径的植物体在受到外界胁迫时,更容易受到破坏。水稻作为我国主要粮食作物之一,一直是人们关注的重点,特别是水稻的高产和抗性问题,现在人们通过构建具有C4光合途径的水稻来提高产量和水稻的抗逆性。而同时PEPC作为C4途径的一个关键酶,也是C3转C4的一个重点,而转入了pepc基因的水稻是否其光合的抗胁迫能力会增强呢?如果抗性增强了,这是否又与光呼吸有关呢?本实验以日本稻Kitaake(简称WT)和转pepc基因水稻(简称PC)两种水稻为材料,当水稻叶片第六叶全展时,分别测定其在正常状态下和受到外界胁迫时的光呼吸的差异。实验处理分为：一组在其第六叶全展时用强光(2000μmol m-2s-1)处理叶片2小时,另一组在正常的水稻培养液中加入160mM氯化钠,处理8小时,再在原处理的基础上再分别用异烟肼和NaHSO3两种光呼吸抑制剂处理30分钟,比较WT和PC两种水稻第六叶片的光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、叶绿素含量,光呼吸的比例PEPCase,乙醇酸氧化酶,RuBPCase和RuBPOase活性的高低,Rubisco大亚基含量以及光呼吸途径的三种代谢产物的相对含量。最后认为,转pepc基因水稻的抗性高于野生型(WT),而光呼吸在其中具有一定的作用。实验结果发现：(1)无论在2000μmool m-2S-1强光处理下,还是在160mM氯化钠处理下,PC的光合气体参数：光响应曲线,净光合速率(Pn)和CO2羧化效率都高于WT,处理后的PC的Pn为18μmol CO2m-2s-1和16μmol CO2m-2s-1,而WT只有15μmol CO2m-2s-1和13μmol CO2m-2s-1,但CO2补偿点却是WT(80.6μmol mol-1,89.3μmol mol-1)要高于PC(76.4μmol mol-1,82.6μmol mol-1),这也证明了PC水稻的抗高光强和抗盐胁迫要优于WT,用光呼吸抑制剂处理后,发现PC净光合速率(Pn)上升的要大于WT,由此推测PC的光呼吸要大于WT。(2)各种处理下的荧光参数显示,受到胁迫后的PC水稻的光合系统生理指标要优于WT,这也显示了PC水稻的抗性的确要优于WT。(3)处理后的WT和PC,测定其RuBPCase:舌性以及Rubisco大亚基含量,结果显示,PC总体要优于WT,这也证明了PC的抗性确实要优于WT。(4)在用高光强和盐处理后,测定光呼吸值,乙醇酸氧化酶和RuBPOase活性,结果显示,测定光呼吸值,受到损伤后的PC的光呼吸要高于WT,高达4%-5%左右,由此可以认为在受到外界胁迫后,PC的光呼吸要大于WT。(5)不同处理的水稻的光呼吸途径的代谢产物含量也不同,随着光呼吸的升高,光呼吸代谢产物(乙醇酸,丝氨酸,甘氨酸)的含量增加,且处理后的PC的含量要高于WT。由此结果表明,在受到胁迫后,PC通过提高光呼吸来消耗外界胁迫对其带来的损伤,以此来减少其光合作用途径受到的伤害。

关键词：转pepc基因水稻光呼吸高光强盐胁迫

水稻OsCATA基因在光呼吸过程中的功能研究

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水稻OsCATA基因在光呼吸过程中的功能研究

作者：夏莹萍扬州大学

学位级别：硕士

植物在长期进化过程中,为了适应环境形成了光呼吸代谢途径。虽然光呼吸降低了卡尔文循环的效率,光呼吸是所有光合有机体必不可少的,尤其是在CO2供应受限时,光呼吸为卡尔文循环提供了底物。光呼吸是一种重要的光保护机制,它可以清除光合... 详细信息

植物在长期进化过程中,为了适应环境形成了光呼吸代谢途径。虽然光呼吸降低了卡尔文循环的效率,光呼吸是所有光合有机体必不可少的,尤其是在CO2供应受限时,光呼吸为卡尔文循环提供了底物。光呼吸是一种重要的光保护机制,它可以清除光合作用电子传递链中多余的ATP和NADPH,维持叶绿体中能量吸收与利用之间的平衡,有效的避免了光抑制的发生。光呼吸途径在过氧化物酶体中产生H2O2,H2O2在植物体内具有双重效应,既可作为细胞氧化还原信号,同时又具有细胞毒性,会触发细胞程序性死亡。本实验利用OsCATAi转基因水稻分析了OsCATA基因在光呼吸过程中的功能;通过不同浓度的CO2和O2处理,分析光呼吸、卡尔文循环、光系统和抗氧化系统之间的关系。此外,利用酵母双杂交技术筛选水稻两周龄叶片cDNA文库,获得了部分可能与CATA相互作用的蛋白。主要研究结果如下：1、通过定量PCR,Western blot及酶活性测定等对日本晴,转空载体水稻和OsCATAi转基因水稻两个株系进行鉴定和分析,定量PCR结果显示水稻OsCATA基因表达分别下降到原来的28%和15%,Western blot分析表明OsCATA蛋白表达显著降低到检测不出,CAT活性显著下降到只有对照的7%和6%。同时OsCATC基因表达显著增加到日本晴的7.50倍和8.16倍。H2O2组织化学检测结果显示,OsCATAi转基因水稻叶片中H2O2含量增加。2、不同浓度CO2和O2处理下日本晴和OsCATAi转基因水稻的数字基因表达谱测序结果表明,与正常空气中日本晴相比,OsCATAi转基因水稻有1303个基因表达上调,391个基因表达下调,不同气体处理下上调基因和下调基因比例分别为：1053：532(高CO2处理)、1799：1037(高O2处理)、1777：860(低O2处理)。与正常空气相比,日本晴在不同浓度C02和O2处理下上调基因和下调基因比例分别为：451：491(高CO2处理)、282：397(低O2处理)、445：564(高O2处理)。3、与正常空气相比,日本晴在高CO2和低O2处理下表现相似,均表现为GLO活性、Rubisco初始活性和总活性降低,净光合速率与总光合速率下降,编码C3和C2途径相关酶基因OsFBA、OsRPK、OsRPI、OsrbcL、OsHPR和OsGDC均出现下调变化。光化学淬灭和稳态光合作用下量子产量值均下降。抗氧化酶活SOD、APX活性增加,GPX、CAT、 GR, GST活性略有下降,抗氧化物质GSH、GSSG含量表现出下降变化。在高O2处理下,与正常空气中相比日本晴在生理和分子上的变化不大,略有上升;与高CO2处理相比,GLO活性、Rubisco初始活性和总活性、净光合速率和总光合速率、叶绿素荧光参数qP和Yield、抗氧化酶活和抗氧化物质含量基本表现为增加。4、与日本晴和转空载体水稻相比,OsCATAi转基因水稻在不同浓度的CO2和O2处理下GLO活性、Rubisco初始活性和总活性、净光合速率和总光合速率显著降低,编码催化C3和C2途径相关酶基因下调明显。叶绿素荧光参数也均表现出下降变化。抗氧化酶活性和抗氧化物质含量均表现为增加,高O2处理下的变化相对于高CO2和低O2处理下虽有增加,但变化不显著。5、构建酵母诱饵表达载体pGBKT7-CATA,并验证pGBKT7-GATA在酵母细胞中没有毒性和自激活。然后,从水稻两周龄叶片cDNA文库中筛选与CATA互作蛋白,并初步筛选出13种蛋白。

关键词：光呼吸 CATA 光合作用光系统抗氧化系统 H2O2 酵母双杂交技术

Ce（Ⅲ）对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗光呼吸的影响

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Ce（Ⅲ）对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗光呼吸的影响

作者：戴浩江南大学

学位级别：硕士

由于人类的工业生产及其它活动,使地球的大气臭氧层逐渐变薄,导致到达地表的UV-B(Ultraviolate-B)辐射量持续增加,对生物及作物产生了广泛影响。稀土农用是中国科学家首创、居世界领先水平且经济效益显著的一项成果,适量的稀土施用于农... 详细信息

由于人类的工业生产及其它活动,使地球的大气臭氧层逐渐变薄,导致到达地表的UV-B(Ultraviolate-B)辐射量持续增加,对生物及作物产生了广泛影响。稀土农用是中国科学家首创、居世界领先水平且经济效益显著的一项成果,适量的稀土施用于农作物不仅能够增产,还能增强植物的抗逆性。以前的研究表明,光呼吸是光合作用一个损耗能量的副反应,对人而言是一种消耗碳化合物的无用过程,但通过抑制光呼吸可以提高光合速率,进而提高作物的产量和品质,故而以往研究着重于如何抑制光呼吸来加强光合作用。近期一些研究表明,光呼吸是一种耗散过剩能量的光保护途径。因此,研究逆境胁迫下光呼吸对植物的协调效应显得尤为重要。采用水培实验法研究了稀土Ce(Ⅲ)对大豆(Glycine max)幼苗光呼吸速率剂量与时间效应,以及Ce(Ⅲ)对UV-B辐射胁迫下大豆幼苗:光呼吸速率(Pr),光合速率(Pn),光呼吸关键酶,生长指标的影响。实验结果表明: (1)在10-60mg·L-1范围内,CeCl3均有提高Pr与Pn的作用,其中,20mg·L-1CeCl3对Pr的提高作用最为明显,且Pn升幅大于Pr升幅。据此,确定20mg·L-1为本试验最佳浓度。 (2) Ce(Ⅲ)具有提高光呼吸关键酶:乙醇酸氧化酶(GO)、谷氨酰胺合成酶(GS)、过氧化氢酶(CAT)活性的作用,通过提高光呼吸关键酶活性,进而提高Pr,减轻其所受的光抑制,保护光合器官,增强植物的抗逆性。 (3)大豆幼苗的鲜、干重和叶面积随UV-B辐射强度升高而下降,Ce(Ⅲ)处理大豆幼苗鲜、干重和叶面积相对UV-B处理明显提高,说明Ce(Ⅲ)处理可以提高Pr,降低UV-B辐射胁迫对大豆幼苗的光抑制,利于加快恢复幼苗受辐射损伤后的自我修复机能。 (4)大豆幼苗的Chla、Chlb和Chl含量随UV-B辐射强度升高而下降,Ce(Ⅲ)处理大豆幼苗Chla、Chlb和Chl含量相对UV-B处理明显提高,说明Ce(Ⅲ)处理可以提高Pr,降低UV-B辐射胁迫对大豆幼苗的光抑制,缓解叶绿素的降解。

关键词：铈 UV-B辐射大豆幼苗光呼吸关键酶

Ce(Ⅲ)对UV-B胁迫下大豆幼苗光呼吸的影响

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中国农业气象 2008年第2期29卷 154-156,176页

作者：戴浩周青江南大学环境与土木工程学院江南大学工业生物技术教育部重点实验室无锡214122

采用水培法研究Ce(Ⅲ)对紫外辐射(UV-B:0.15Wm-2,0.45Wm-2)胁迫下大豆(Glycine max)幼苗光呼吸速率(Pr)、光合速率(Pn)和叶绿素(Chl)含量的影响。实验结果表明:与CK相比,无UV-B胁迫时20mg.L-1CeC l3能够有效提高Pr和Pn;UV-B处理使Pn与Chl含量降低,Pr增加;Ce+UV-B组的Pr、Pn和Chl含量曲线走势均高于UV-B组。通过对Pr、Pn和Chl含量3项指标研究表明,20mg.L-1CeC l3能提高UV-B胁迫下大豆幼苗的Pr、Pn和Chl含量,通过提高Pr可消耗过多的光能,减轻UV-B辐射对大豆幼苗光合器官的伤害,抑制UV-B辐射胁迫下大豆幼苗Pn的下降,缓解Chl的降解,增强植物的抗逆性。

关键词： Ce(Ⅲ) uV—B辐射光呼吸 Chl含量

逆境胁迫下PRMT5调节光呼吸基因可变剪切的功能研究

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逆境胁迫下PRMT5调节光呼吸基因可变剪切的功能研究

作者：刘衡郴华南农业大学

学位级别：硕士

植物在遭遇不同逆境时,会诱导不同的逆境响应基因的表达,可变剪切作为一种重要的基因表达调控方式,在转录后水平上对基因的转录本水平进行了调控。PRMT5作为一种精氨酸甲基转移酶,也是一种剪切相关蛋白。PRMT5的突变能够引起其他基因的... 详细信息

植物在遭遇不同逆境时,会诱导不同的逆境响应基因的表达,可变剪切作为一种重要的基因表达调控方式,在转录后水平上对基因的转录本水平进行了调控。PRMT5作为一种精氨酸甲基转移酶,也是一种剪切相关蛋白。PRMT5的突变能够引起其他基因的剪切模式发生改变,在这些基因当中也包含了一些光呼吸基因如RCA、HPR、GDCH1等等。本研究首先利用RNA-seq技术分析拟南芥Col-0和prmt5-2在逆境胁迫下诱导产生光呼吸相关基因的差异可变剪切,通过设计大量检测可变剪切的引物,验证了不同逆境胁迫下光呼吸相关基因的差异可变剪切,分析了不同逆境胁迫下光呼吸相关基因产生的差异可变剪切的特异性,探讨了光呼吸相关基因At GDCH1产生差异可变剪切的可能功能;同时构建水稻Os PRMT5的基因编辑载体,获得Os PRMT5的突变纯合株系,并检测其在逆境胁迫下光呼吸相关基因的差异可变剪切,获得的实验结果如下:1.在高光和高CO处理下Col-0中大量基因产生差异可变剪切,prmt5-2中产生差异可变剪切比Col-0更多,特别是内含子滞留这种类型的可变剪切,prmt5-2是Col-0中的2倍。其中prmt5-2中诱导产生更多的光呼吸相关基因的差异可变剪切,并且这些差异的可变剪切主要也是内含子滞留。2.在不同的逆境胁迫下检测到GDCH1、GLT1、GS1.4、AGT、10-FDF、GGAT2、HAOX2、PGLP1、HPR2和RCA等光呼吸相关基因分别在Col-0和prmt5-2中能够产生异可变剪切,但在不同逆境下产生的差异可变剪切具有特异性。3.对At GDCH1不同转录本进行过量表达,获得了不同转录本过量表达的转基因纯合株系,但过量表达At GDCH1不同转录本对拟南芥生长表型影响不大。Western blot检测过量表达各个转录本的转基因株系的蛋白含量都高于野生型,但过量表达At GDCH1含内含子的转录本并没有检测到新的蛋白。4.构建水稻Os PRMT5的基因编辑载体,获得Os PRMT5基因编辑的转基因纯合株系。逆境胁迫下,Os PRMT5基因编辑植株也能诱导产生光呼吸相关基因的差异可变剪切,说明PRMT5在水稻和拟南芥中调控光呼吸相关基因的可变剪切具有相似的功能。

关键词：逆境拟南芥可变剪切 PRMT5 光呼吸 GDCH1

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氯化钠对高等植物光呼吸作用的影响

植物生理学通讯 1993年第3期29卷 214-218页

作者：黄卓烈李明启华南农业大学农业生物系光合作用研究室广州510642

本文就氯化钠对植物光呼吸过程中磷酸乙醇酸的产生、乙醇酸的形成和氧化、甘氮酸和丝氨酸的合成及转化的影响作简要评述。

关键词：氯化钠高等植物光呼吸

水分亏缺对不同抗旱性小麦穗部光呼吸特性的影响

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水分亏缺对不同抗旱性小麦穗部光呼吸特性的影响

作者：敬志豪西北农林科技大学

学位级别：硕士

干旱是限制我国北方地区小麦稳产、高产的主要因素之一。研究表明,小麦穗苞片器官在干旱下具有显著的生理生化优势。挖掘其光合能力的生理生化基础对小麦粮食生产具有重要的理论及实际意义。光合作用和光呼吸是彼此相反的两个代谢过程... 详细信息

干旱是限制我国北方地区小麦稳产、高产的主要因素之一。研究表明,小麦穗苞片器官在干旱下具有显著的生理生化优势。挖掘其光合能力的生理生化基础对小麦粮食生产具有重要的理论及实际意义。光合作用和光呼吸是彼此相反的两个代谢过程。光合作用固定CO2,光呼吸释放CO2.在光照下O2和CO2竞争核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶（Rubisco）同一个催化位点。研究小麦穗部光呼吸特性,探讨光呼吸在高温,高光照条件下发生的生理意义,有望对小麦的育种工作提供参考。水培试验中选用西农928和郑引1号,测定两叶一心期叶片的光呼吸速率及关键酶活性等生理指标,分析光呼吸抑制剂NaHSO3对小麦光呼吸和干物质积累的影响;盆栽试验选用旱地品种西农928和水地品种陕229,测定旗叶和穗部光呼吸速率,探讨水分亏缺对光呼吸速率日变化的影响。获得以下结果:***胁迫处理24h后,叶片光呼吸速率（Pr）、乙醇酸氧化酶（GO）活性下降,西农928降幅较大,GO酶是光呼吸的关键酶,小麦幼苗在胁迫下光呼吸下降可能是因为其中缺乏高效的光呼吸响应机制。喷施NaHSO3可以抑制GO活性,抑制光呼吸,使净光合速率（Pn）增加,但长期喷施NaHSO3使小麦干重减少,谷氨酰胺合成酶（GS）活性下降。2.旗叶Pn随灌浆进程逐渐下降,干旱胁迫对陕229旗叶花后24d Pn影响较大。穗Pn在整个灌浆期先增后降,花后6d达到峰值,之后光合值下降缓慢,且处理与对照相比差距越来越小,花后24d处理和对照穗部Pn近似相等。水分亏缺对穗部Pn影响较小。3.水分亏缺下,旗叶Pr先增后降,与穗部变化趋势一致。花后18d达到峰值。水分亏缺下穗Pr升幅大于旗叶。穗部光呼吸对水分亏缺的反应早于旗叶,抗旱品种西农928早于陕229。水分亏缺下旗叶和穗Pr均增加,且西农928增幅大于陕229。4.西农928和陕229在两种水分处理下穗部光呼吸日变化均呈单峰曲线。穗部水分亏缺下穗部Pr峰值相对对照组的14:00前移到12:00,而旗叶光呼吸峰值陕229前移到10:00,西农928峰值不变。陕229旗叶Pr在14:00之后水平降低,而西农928仍有较高的水平。5.西农928 GO活性升幅大于陕229,尤其在颖壳中,西农928 GO活性在花后12d上升了117.8%（P＜0.01）,而陕229升幅为95.6%（P＜0.01）。穗器官GS活性高于旗叶活性,花后12d西农928旗叶GS活性上升5.71%（P＜0.05）,陕229与之相反。GS与抗旱性有关,穗部抗旱性高于旗叶。6.水分亏缺下,西农928及陕229的穗粒重均显著降低（P＜0.01）,分别为30.00%和39.2%;陕229产量和收获指数显著下降（P＜0.05）,分别下降了6.06%和15.35%,而西农928无明显变化。水分亏缺下,西农928WUE下降幅度小于陕229。长期喷施NaHSO3使小麦产量减少,且在水分胁迫下下降显著。光呼吸是植株正常生长不可或缺的代谢途径,对植株的正常生长,尤其是在水分胁迫下有重要作用。

关键词：小麦光呼吸光呼吸抑制剂干物质累积

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茉莉酸甲酯对水稻幼苗光呼吸代谢的影响

热带亚热带植物学报 1997年第4期5卷 27-31页

作者：吴文华潘瑞炽华南师范大学生物系

经2．5×10-4mol／L茉莉酸甲酯（MJ）处理后的水稻幼苗，在处理后第2天即表现出RuBP加氧酶活性的明显升高，至处理后第4天，叶片中乙醇酸氧化酶的活性也升高，同时叶片中的乙醇酸累积量也明显高于对照。经α-HPMS预处理后的幼苗叶片材... 详细信息

经2．5×10-4mol／L茉莉酸甲酯（MJ）处理后的水稻幼苗，在处理后第2天即表现出RuBP加氧酶活性的明显升高，至处理后第4天，叶片中乙醇酸氧化酶的活性也升高，同时叶片中的乙醇酸累积量也明显高于对照。经α-HPMS预处理后的幼苗叶片材料中，这种乙醇酸累积量升高的程度更大，表明2．5×10-4mol／LMJ处理能促进水稻幼苗光呼吸的增强，但2．5×10-7mol／LMJ处理对叶片中乙醇酸的累积和光呼吸过程中的有关酶系没有影响。

关键词：茉莉酸甲酯水稻光呼吸代谢幼苗

缺磷对甘薯离体叶细胞光合作用和光呼吸的影响(简报)

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植物生理学通讯 1992年第5期28卷 342-344页

作者：何生根陈升枢李明启华南农业大学农业生物系光合作用研究室

甘薯苗经缺磷处理后,其叶细胞生长受到抑制,离体对细胞的光合作用降低,光呼吸作用也略微降低,光呼吸速率/光合速率的比值提高。

关键词：光合作用磷光呼吸甘薯叶细胞