干旱下拟南芥vde基因的基础功能分析

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1、干旱下拟南芥vde基因的基础功能分析1绪论1.1拟南芥与干旱拟南芥（Arabidopsis;thaliana)作为生物研究中的一种模式生物，被广泛的应用于植物学相关的各个领域，它在植物基因工程和作物遗传改良上的重要地位也受到人们愈来愈多地的重视[1]。通过对拟南芥种子的人工诱变，能够获得大量形态各异的变异株，涉及到植物发育的各个过程。这些变异株为研究各基因在植物发育中的功能及其调节提供了良好的材料[2]。在干旱条件下，植物经常呈现植株萎蔫状态，生长受到抑制，最大叶面积、叶面积的生长率、比叶面积(单位重量的叶面积）、叶片数量以及生物产量都出

2、现显著的降低[5]。核酸酶活性提高，ATP的合成量减少,蛋白质合成受到阻遏，游离脯氨酸、脱落酸、活性氧和丙二酸在植物体内积累，超氧化物歧化酶（SOD)、过氧化物酶（POD)、过氧化氧酶（CAT)的活性得到增强。水分胁迫下，植物的用水效率、渗透调节能力、光合系统作用、细胞膜稳定性以及其抗氧化系统的防御能力等指标的变化常被用来进行植物抵御干早胁迫能力的判定。干旱会导致植物体生理及分子水平上的一系列变化。处于干旱条件下的植物，其ABA浓度要高于水分条件良好的植物，而气孔导度更低，在叶水势降低之后气孔关闭速度相较于水分条件好的植物也要更快。干旱胁

3、迫会引发膜脂过氧化作用，造成膜系统的损伤，严重时会导致植物细胞的死亡。膜脂过氧化的最终产物丙二醛(MDA)又可与细胞膜上的蛋白质、酶等结合、交联，从而使之失活，破坏了生物膜的结构与功能。干旱胁迫会导致光合作用速率下降。在干旱条件下，植物叶片的相对含水量以及叶片水势降低，保卫细胞失水，导致气孔闭合，使C02进入叶片受到限制，从而影响了光合作用速率研究认为，在轻度胁迫下，气孔关闭是光合作用速率下降的主导因素，但在严重干旱胁迫下，植物体内参与光合作用的细胞结构被破坏，植物的光合作用能力下降，对C02的同化作用受到抑制。.1.2叶黄素循环植物叶片

4、吸收的光能常常会超过其光合系统本身所能利用的量，而干旱、盐渍、温度胁迫、营养亏缺等逆境条件又会进一步限制植物对于光能的利用[17]。对过剩的光能的吸收能够导致光合效率的持缚下降，也就是光抑制。研究表明，光合系统已经发展了多种防御机制来防止过量光能对植物的伤害。其中，依赖于叶黄素循环对过剩光能进行的无害热耗散，被认为是植物逆境下一种重要的保护机制[18]。叶黄素类是（X或P胡萝卜素氧化的衍生物，所有的光合机构中均有它们的存在，在光能捕获、对光合机构破坏的防御(photoprotection)以及捕光天线色素复合体(LHC)的组装过程中起作用

5、[19]。热耗散主要由叶黄素循环和黄体素（lutein，L)所完成。叶黄素循环是由依赖光转化的3个组分：玉米黄质（zeaxanthin，Z)、单环氧玉米黄质（antheraxanthin，A)和双环氧紫黄质（violaxanthin,V)，通过环氧化和脱环氧化来发挥作用的一种循环机制。叶黄素循环通过这三种组分之间的转换，将由干旱胁迫导致的过剩光能以非辐射能量的方式耗散，以此来保护植物免受光抑制的伤害。当植物产生过剩光能时，V在紫黄质脱环氧化酶(VDE)的作用下经脱环氧化作用形成A，再进一步脱环氧化形成Z;与此相反，在过剩光能减少时，Z通过

6、玉米黄质环氧化酶(ZEP)的作用环氧化又可以形成A，再进一步环氧化形成V,从而完成了热能有效传递与耗散的循环。这一循环避免了叶绿体内过剩光能的积累，对于精细地调控叶绿体吸收光能的利用与耗散具有重要的作实验以培养架培育的拟南芥哥伦比亚野生型（Col.)以及vde缺失体npql-2作为实验材料。突变体种子购自美国ArabidopsisBiologicalResourceCenter(ABRC)。使用次氯酸钠溶液对拟南芥种子进行消毒处理，在无菌操作台上将消毒后的种子播撒到灭菌后的MS固体培养基巾，用封U膜封好，放入4°C冰箱内避光春化2

7、-3天。光照培养2周后，将幼苗移栽于輕石介质中继续培养，并将装有培养介质的容器浸入MS培养液中。培养条件：光周期16h/8h,培养架光强l00fimol。在拟南芥植株生长达到实验要求后，选取相同生长周期长势相近的植株进行试验。PEG-6000是模拟土壤干旱的一种较为理想的渗透调节剂，使用PEG-6000诱导水份逆境所得的效果与将土壤逐步干旱相似[34]。我们使用不同浓度PEG-6000溶液进行千旱环境的模拟，以此为基础进行实验。根据实验需求，将拟南芥分为以下三种处理：（1)对照组。拟南芥幼苗在MS培养液中正常培养。（2)轻度干旱处理组。拟

8、南芥幼苗使用以与对照组相同MS培养液配置的浓度为5%的聚乙二醇（PEG-6000)溶液进行干旱环境模拟处理，分别处理Od、Id、2d、3d、4do(3)重度干旱处理组。拟南芥幼苗使用以与对照组