陈玮[1]2003年在《逆境条件下小麦紫黄质脱环氧化酶活性及其与叶黄素循环热耗散关系的研究》文中研究指明以小麦为试验材料，研究了紫黄质脱环氧化酶（VDE）的催化特性，以及不同光氧化抗性的小麦品种在强光和弱光下的VDE活性。测定了不同胁迫条件下VDE的活性、叶黄素循环的色素组成（(A+Z)/(V+A+Z)）及非光化学猝灭（NPQ）及其组分qE和qI的变化，研究不同胁迫条件下依赖叶黄素循环的热耗散在光破坏防御中作用的大小，并着重研究了体外测定的VDE活性能否能反映植物体内叶黄素循环的热耗散能力。研究结果简要总结如下：一、建立了体外VDE活性的测定方法二、研究了影响VDE酶促反应的因素底物紫黄质（V）的浓度对反应速度的影响符合叁级反应规律，V在441nm处的光吸收值大于2时，再增加底物的浓度对反应速度基本无影响；温度对反应速度的影响符合“钟形”曲线，最适温为30℃；反应速度随反应体系中抑制剂二硫苏糖醇（DTT）浓度的增加而降低，当DTT的浓度为2mM时，反应基本停止；pH值对VDE活性的影响亦呈“钟形”曲线，最适pH值随抗坏血酸（ASA）浓度的增加而增加，而<WP=7>且反应速度随ASA浓度（30mM—0.5mM）的降低而降低。叁、 不同光氧化抗性的小麦品种的VDE活性不同光氧化抗性的小麦品种在弱光和强光下的VDE活性不同，强光下的酶活性高于弱光，而且在两种光强条件下，光氧化抗性弱的品种的VDE活性低于高抗品种。VDE活性与小麦不同品种的光氧化抗性具有相对较好的一致性。四、光盐交叉胁迫过程中，VDE活性的变化随盐浓度和光强的增加，小麦叶片的ФPSII和Fv/Fm下降，NPQ、 qE和(A+Z)/(V+A+Z) 升高。在对照、低度和中度盐胁迫以及弱光和中等光强下，随盐浓度和光强的增加，VDE活性上升，但是严重盐胁迫和强光下的酶活性降低。五、 酶活性的测定温度对酶活性有影响对各种光温处理而言，最适测定温度均可以提高体外VDE的活性。四种温度处理的VDE活性在最适温下的增幅以4℃低温为最大；处理温和最适温的测定结果均以处理温度38℃时为最高，45℃最低，可见在四种处理温度中，38℃最接近体内VDE活性的最适温，而45℃超过了VDE对热的稳定温度，使酶蛋白变性失活。六、 VDE的活性需要一段时间的光照诱导随光温交叉处理时间的延长，四种温度处理的VDE活性都有不同程度的升高，处理温和最适温的测定结果均以光照处理6h时的VDE活性为最高，继续延长处理时间，VDE的活性下降。七、 光旱交叉胁迫过程中，VDE活性的变化随PEG浓度和光强的增加，小麦叶片的ФPSII和Fv/Fm下降，NPQ、qE 和(A+Z)/(V+A+Z)升高。在对照、低度和中度干旱胁迫以及弱光和中等光强下，随干旱程度和光强的增加，VDE活性上升，但是严重干旱胁迫和强光下的酶活性降低。八、 衰老过程中，VDE活性对光强的响应<WP=8>衰老过程中，小麦叶片的ФPSII和Fv/Fm下降，(A+Z)/(V+A+Z) 、NPQ、qE以及VDE活性均表现为上升趋势。综上，除了严重盐胁迫、高度干旱和强光等条件，在大多数情况下，VDE活性的测定结果与体内依赖叶黄素循环的热耗散的测定指标NPQ、qE 和(A+Z)/(V+A+Z)的变化趋势一致，即随胁迫程度的加重和光强的增加，不断上升；严重胁迫和强光条件下，酶活性的测定值与体内的指标不一致，NPQ 、qE 和(A+Z)/(V+A+Z)依旧上升，但VDE的活性下降。
孟斌[2]2008年在《小麦叶黄素循环关键酶基因的表达与功能分析》文中指出当植物吸收的光能过剩超过其电子传递所需时,过剩光能便会造成光合效率和光合功能的降低,严重时还会发生光氧化破坏。植物在长期的进化过程中形成了多种光保护机制,可将过剩激发能对光合机构的损伤减小到最低程度,其中叶黄素循环被认为在植物防御光氧化破坏中起着重要作用。所谓的叶黄素循环是指植物吸收的光能过剩时,双环氧的紫黄质(V)在紫黄质脱环氧化酶(VDE)的催化下,经过中间物单环氧的花药黄质(A)转化为无环氧的玉米黄质(Z);在暗处,则在玉米黄质环氧化酶(ZE)的作用下朝相反方向进行,将Z经A重新环氧化为V,形成一个循环。其中紫黄质脱环氧化酶(VDE)和玉米黄质环氧化酶(ZE)是该循环的关键酶。因此,弄清叶黄素循环的功能以及该循环的调控机理具有非常重要的意义。本文以小麦(旱丰9703)为材料,利用RT-PCR克隆了小麦紫黄质脱环氧化酶基因(WVDE)和玉米黄质环氧化酶基因(WZE),并分析了两个基因在小麦中的表达特征。构建了WVDE和WZE基因反义表达载体,并转化烟草,探讨了转基因烟草耐低温弱光和强光胁迫能力的变化。主要结果如下:1、根据已知序列设计特异引物,通过RT-PCR的方法从小麦叶片中克隆了小麦紫黄质脱环氧化酶和玉米黄质环氧化酶基因的中间片段序列。2、Northern杂交结果表明,WVDE表达量随强光和低温弱光处理时间的延长逐渐增大,6小时达到最大,之后逐渐稳定。WZE的表达趋势与WVDE的相似。不同光强、不同温度条件下WVDE和WZE表达趋势基本相同,说明WVDE和WZE在RNA水平的表达不受温度和光强的影响,而是受到内生节律的调控。3、将获得的小麦紫黄质脱环氧化酶基因和小麦玉米黄质环氧化酶基因分别与含有35S启动子的PBI121载体重组,构建了反义表达载体,利用农杆菌介导法转入烟草中,获得了转基因烟草。在低温弱光及强光胁迫条件下,依赖叶黄素循环的NPQ能够耗散过剩激发能,而转WVDE基因烟草比野生型耗散能力下降;强光处理过程中,与野生型相比转基因烟草的Fv/Fm降低更明显,且野生型的Fv/Fm恢复较快,转基因植株恢复较慢。低温弱光处理时,野生型和转基因株系Fv/Fm降低程度要小于强光胁迫,但总的变化趋势基本相同,这表明WVDE的抑制加重了PSII的光抑制程度,与野生型相比,转基因烟草的PSII反应中心受伤害较严重;强光胁迫6 h和12 h,野生型和转基因烟草的放氧速率降低非常显着,低温弱光处理6 h和12 h,野生型和转基因烟草的放氧速率都降低,但下降程度不如强光处理下的明显。这表明由于VDE的表达抑制降低了低温弱光和强光胁迫下放氧复合体的稳定性,使光合机构所受到的伤害加重;对野生型和转WZE基因烟草进行同样的强光和低温弱光胁迫处理,但两者之间似乎差别不大。4、对转WVDE基因植株和野生型烟草的幼叶与成熟叶分别进行northern杂交分析,结果显示VDE基因在烟草幼叶当中的表达水平要比成熟叶的高。进一步测定强光胁迫条件下幼叶与功能叶的光合和荧光参数,幼叶受强光胁迫的影响要比功能叶小的多。膜脂测定结果显示,幼叶当中不饱和脂肪酸的含量要稍高于功能叶,或许这也是导致幼叶的抗光氧化能力高于成熟叶的原因之一。
陈新斌[3]2013年在《海水胁迫下菠菜叶片叶黄素循环调控叶绿素代谢的机理研究》文中提出我国海水资源丰富,海水栽培作为有效利用海水资源的重要方式可以为人们提供丰富的生产资料和食用来源。而海水栽培条件下容易形成盐害,引发海水胁迫,加剧植株光抑制程度,影响作物生长发育,因此研究作物在海水胁迫下的生理和分子生物学机制,具有明显的理论和实践价值,并且为陆地盐碱地的开发和利用提供了某些通用技术。本文先以2个耐性性不同的菠菜(Spinacia oleracea L.)品种为试材,采用水培方法,研究了海水胁迫对不同品种叶绿素代谢的影响；然后主要以耐海水品种‘荷兰3号’为试材,研究海水胁迫下菠菜叶片叶黄素循环调控叶绿素代谢的机理。主要结果如下：海水胁迫下,耐海水品种‘荷兰3号’和海水敏感品种‘圆叶菠菜’叶片的叶绿素a(Chla)、叶绿素b (Chlb)和总叶绿素含量以及叶绿素合成前体——原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉Ⅸ (Mg-protoⅨ)、原卟啉Ⅸ(ProtoIX)和尿卟啉原Ⅲ (UroⅢ)含量明显降低,而胆色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)积累,其中‘圆叶菠菜’的变化幅度大于‘荷兰3号’。海水胁迫下,‘荷兰3号’叶片的叶绿素酶(Chlase)活性无显着变化,酶胆色素脱氨酶(PBGD)和尿卟啉原Ⅲ合酶(UROS)活性在胁迫第3天显着下降；而‘圆叶菠菜'Chlase活性显着上升,PBGD和UROS活性显着下降。这些结果表明,在海水胁迫下,菠菜叶片的叶绿素合成代谢受阻,受阻位点在于PBG->UroⅢ的转化过程,其中‘圆叶菠菜’的受阻程度大于‘荷兰3号’；耐海水品种‘荷兰3号’叶片叶绿素含量降低主要由叶绿素合成代谢受阻引起,而海水敏感品种‘圆叶菠菜’叶绿素含量的降低则是由叶绿素合成受阻和叶绿素降解共同作用的结果。海水胁迫与甲基紫精(MV)处理一样,诱导菠菜叶片产生氧化胁迫,使超氧阴离子(O2-.)产生速率、过氧化氢(H2O2)含量和丙二醛(MDA)含量显着上升,叶绿素a (Chla)、叶绿素b (Chlb)、总叶绿素(Chla+b)和类胡萝卜素(Car)含量显着下降,最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)显着降低,而非光化学猝灭系数(NPQ/4)显着上升；海水胁迫与MV处理下,由叶柄导入叶黄素循环活性抑制剂二硫苏糖醇(DTT),菠菜叶片活性氧(ROS)大量积累,导致光合色素降解加剧,Fv/Fm、Yield、ETR、NPQ、qP进一步下降。上述结果表明,海水胁迫下,抑制菠菜叶片叶黄素循环活性,降低了叶片非辐射能量耗散能力,加重了叶片ROS积累,从而导致光合色素含量降低,PSII活性下降,电子传递速率降低,用于光化学反应的能量部分减少,光合作用受到严重影响,说明海水胁迫下叶黄素循环在保持菠菜叶片光合色素稳定和光合作用正常运转中发挥重要作用。处理第3天,与海水胁迫处理相比,导入DTT后,菠菜叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b (Chlb)和总叶绿素含量以及叶绿素合成前体——原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉Ⅸ (Mg-protoⅨ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和尿卟啉原Ⅲ (UroⅢ)含量显着下降,胆色素原(PBG)和6-氨基酮戊酸(ALA)含量显着累计,胆色素脱氨酶(PBGD)活性显着降低,叶绿素酶(Chlase)活性显着提高；超氧阴离子(02-)产生速率、过氧化氢(H2O2)含量和丙二醛(MDA)含量显着上升,ROS进一步累计。上述结果表明,海水胁迫下,抑制菠菜叶片叶黄素循环活性,降低了叶片非辐射能量耗散能力,加重了叶绿体ROS积累,从而加剧了叶绿素合成障碍,促进了叶绿素进一步降解,最终降低了菠菜叶片叶绿素含量。说明海水胁迫下叶黄素循环在维持菠菜叶片叶绿素代谢正常运转发挥重要作用。以菠菜叶片为材料,克隆了菠菜叶绿素合成相关酌PBGD基因片段,并且采用半定量RT-PCR技术进行了不同处理下PBGD基因表达分析。结果表明：该基因片段长度为389bp,编码129个氨基酸,推导的氨基酸与苋菜同源性最高,为90%。半定量RT-PCR分析表明,海水胁迫显着抑制PBGD表达,导入DTT后,PBGD表达进一步下降。说明海水胁迫下,抑制菠菜叶片叶黄素循环活性,通过下调菠菜叶片叶绿素关键酶PBGD基因表达,降低PBGD活性,影响了菠菜叶片叶绿素的正常合成。
陈敏氡, 朱海生, 王彬, 温庆放, 林珲[4]2016年在《草莓叶黄素循环关键酶基因VDE和ZEP的克隆与分析》文中指出叶黄素循环在逆境胁迫中对植物光系统起着重要的保护作用。紫黄质脱环氧化酶(VDE)和玉米黄质环氧化酶(ZEP)是调控叶黄素循环的关键酶。本研究采用RT-PCR和RACE技术率先从草莓中克隆获得VDE和ZEP基因。VDE基因c DNA全长1 842 bp,ORF为1 467 bp,编码489个氨基酸;ZEP基因c DNA全长2 325 bp,ORF为1 980 bp,编码660个氨基酸。生物信息学分析表明草莓VDE与ZEP基因所编码的氨基酸序列与蔷薇科的苹果、桃和梅等植物的亲缘关系较近。荧光定量分析发现VDE和ZEP基因在草莓根、茎、叶、花、果实中皆有表达,说明二者均为组成型表达基因,并且叶片中基因的表达量最高而根中最低,推测与其在草莓叶黄素循环调控的作用有关。
商志伟[5]2012年在《外源AsA诱导干旱胁迫下欧李叶黄素循环的响应》文中指出为了解外源抗坏血酸(AsA)对干旱胁迫下植物体的保护作用,我们以扦插培养的多年生欧李幼苗为材料,测定了其在干旱胁迫下不同时期叶片的相对含水量(LRWC)、光响应曲线、光合作用参数、叶绿素荧光参数、内源抗坏血酸(AsA)、丙二醛(MDA)、电解质渗漏率和叶黄素循环组分的变化,并结合叶黄素循环关键酶的抑制剂与分子生物学的手段进一步研究了玉米黄质(Z)形成的机制。其主要结果如下：1、干旱胁迫使欧李植株的叶片相对含水量(LRWC)和光饱和点明显下降,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(E)降低,胞间二氧化碳浓度(Ci)先降低后升高。并且,外源AsA处理的欧李植株在一定程度上缓解了这些指标在胁迫条件下的变化,说明外源AsA减轻了干旱胁迫对欧李幼苗叶肉细胞光合机构的损伤,缓解了光合作用的降低,通过控制植物的水分散失通道-气孔来提高抗旱能力,降低了欧李幼苗在干旱胁迫下所受的伤害。2、持续干旱胁迫会使欧李幼苗的最大光化学效率(Fv/Fm)和实际光化学效率(ΦPSⅡ)降低,而非光化学淬灭系数(NPQ)、内源AsA的含量、丙二醛(MDA)和电解质渗漏率增加,外源AsA处理的欧李幼苗同样会减小以上指标的升高或降低幅度。说明AsA具有保护欧李幼苗叶片细胞膜稳定性的能力,能够减轻干旱胁迫对幼苗光合机构的损伤,增加植株的热耗散,避免干旱胁迫造成的光抑制。3、干旱胁迫会使欧李幼苗叶黄素循环的各组分发生变化。持续干旱胁迫下,欧李植株的叶黄素循环总库(VAZ)的量增加,玉米黄质(Z)的含量显着增加,外源AsA处理促进VAZ的增加,并促进紫黄质(V)的脱环氧化生成单环氧玉米黄质(A)和Z,即提高叶黄素循环的脱环氧化状态(Z+0.5A)/VAZ,从而增加胁迫条件下欧李植株的热耗散能力。在干旱21天后对干旱处理的部分植株单独外施抑制剂二硫苏糖醇(DTT)能明显抑制叶黄素的脱环氧化状态,外源葡糖胺(Gla)作用不明显,而AsA能显着促进叶黄素的脱环氧化状态。再次表明外源AsA通过启动叶黄素循环来增加胁迫下的热耗散能力,避免光抑制,从而提高植株的抗胁迫能力。4、干旱胁迫使欧李幼苗中干旱相关基因RD28的表达量明显上升,同样,叶黄素循环关键酶基因-紫黄质脱环氧化酶(VDE)的表达上升,而玉米黄质环氧酶(ZEP)的表达下降,相对于干旱处理的欧李幼苗,外源AsA处理导致RD28和VDE的表达更高,但对ZEP的作用不明显,在转录水平证明AsA提高植株抗旱性,并且验证,相对于ZEP,VDE对叶黄素循环的启动起到主要作用。
赵世杰[6]2009年在《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》文中研究指明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CO_2,大气中的CO_2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%,上升幅度最为显着。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℃胁迫下差异最为显着。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35~44℃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着提高。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。
参考文献：
[1]. 逆境条件下小麦紫黄质脱环氧化酶活性及其与叶黄素循环热耗散关系的研究[D]. 陈玮. 山东农业大学. 2003
[2]. 小麦叶黄素循环关键酶基因的表达与功能分析[D]. 孟斌. 山东农业大学. 2008
[3]. 海水胁迫下菠菜叶片叶黄素循环调控叶绿素代谢的机理研究[D]. 陈新斌. 南京农业大学. 2013
[4]. 草莓叶黄素循环关键酶基因VDE和ZEP的克隆与分析[J]. 陈敏氡, 朱海生, 王彬, 温庆放, 林珲. 分子植物育种. 2016
[5]. 外源AsA诱导干旱胁迫下欧李叶黄素循环的响应[D]. 商志伟. 东北林业大学. 2012
[6]. 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[D]. 赵世杰. 山东农业大学. 2009