本文關(guān)鍵詞：酸雨對不同生育期水稻葉片生長及葉綠體ATP合酶功能影響

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【摘要】：酸雨污染是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重要環(huán)境生態(tài)問題之一,酸雨脅迫能直接或間接影響植物生理過程,其中包括光合作用。葉綠體ATP合酶是光合作用能量轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵酶,為植物光合作用提供所需ATP,其活性變化影響植物光合作用。本研究采用模擬酸雨污染的方法,以重要經(jīng)濟(jì)作物水稻(Oryza sativa)為實(shí)驗(yàn)材料,應(yīng)用分子生物學(xué)及植物生理生化測定方法,結(jié)合分子動力學(xué)模擬手段,研究酸雨對不同生育期水稻葉片生長及葉綠體ATP合酶功能影響。主要研究結(jié)果如下:⑴與對照(CK)相比,低強(qiáng)度酸雨處理下,不同生育期水稻葉片葉面積、葉片鮮重、葉片干重、相對生長速率、凈光合速率均升高,水稻葉片形態(tài)無傷害癥狀。中、高強(qiáng)度酸雨脅迫下,上述指標(biāo)降低且降幅隨酸雨強(qiáng)度增加而增大,水稻葉片傷害癥狀隨酸雨強(qiáng)度增加而加重。不同生育期上述指標(biāo)變化幅度不同,p H 4.5處理組水稻葉片鮮(干)重變幅的主要規(guī)律為:分蘗期幼苗期孕穗期灌漿期;其它處理組水稻葉片鮮重變幅的主要規(guī)律為:分蘗期孕穗期灌漿期幼苗期,干重變幅的主要規(guī)律為:孕穗期分蘗期幼苗期灌漿期。p H 4.5酸雨處理組不同生育期水稻凈光合速率變幅規(guī)律為:分蘗期灌漿期幼苗期孕穗期;其它處理組水稻凈光合速率變幅規(guī)律為:孕穗期幼苗期分蘗期灌漿期。⑵低強(qiáng)度酸雨處理下,ATP合酶蛋白分子表面負(fù)電荷增多,在279 nm處的紫外吸收強(qiáng)度增強(qiáng),Tyr及Trp殘基熒光發(fā)射強(qiáng)度升高,有序結(jié)構(gòu)含量增加,無序構(gòu)象減少,使得其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性升高。葉綠體ATP合酶基因表達(dá)結(jié)果顯示,β亞基含量升高,使Mg2+-ATPase活性增加,進(jìn)而促進(jìn)水稻葉片光合磷酸化活性,導(dǎo)致葉片ATP含量升高。不同生育期上述指標(biāo)變幅大致規(guī)律為:灌漿期幼苗期分蘗期孕穗期。高強(qiáng)度酸雨脅迫下,ATP合酶蛋白分子表面負(fù)電荷增多,在279 nm處的紫外吸收強(qiáng)度減弱,Tyr及Trp殘基熒光發(fā)射強(qiáng)度降低,有序結(jié)構(gòu)含量減少,無序構(gòu)象增加,使其穩(wěn)定性減弱。其基因表達(dá)結(jié)果顯示,ε亞基抑制作用明顯,ATP合酶未能正常組裝,進(jìn)而使Mg2+-ATPase活性受抑,光合磷酸化活性降低,葉片ATP含量減少。不同生育期上述指標(biāo)變幅大致規(guī)律為:孕穗期幼苗期分蘗期灌漿期。與Mg2+-ATPase活性變化不同的是,酸雨對不同生育期Ca2+-ATPase活性的影響均表現(xiàn)為抑制效應(yīng),不同生育期變幅規(guī)律為:幼苗期灌漿期孕穗期分蘗期。ATP合酶加H處理后會影響其微結(jié)構(gòu),且隨所加H數(shù)目的增加,其結(jié)構(gòu)變化明顯。⑶低強(qiáng)度酸雨處理下,水稻葉片胞內(nèi)H+、Ca2+濃度增加,細(xì)胞內(nèi)環(huán)境輕微酸化,未改變?nèi)~片含水量,水分代謝正常。水稻對功能元素的吸收增加,導(dǎo)致葉綠體某些功能元素含量增加,葉綠體ATP合成酶的合成量升高,進(jìn)而改善其功能。高強(qiáng)度酸雨處理下,胞內(nèi)H+濃度隨酸度同步增加,胞內(nèi)Ca2+濃度隨酸雨強(qiáng)度增加呈先增后降的趨勢,細(xì)胞內(nèi)環(huán)境酸化加重,葉片含水量下降,導(dǎo)致水分代謝失衡。水稻對功能元素的吸收受到影響,使葉綠體功能元素含量減少,因而減少葉綠體ATP合酶合成量,繼而抑制其功能。不同生育期水稻葉片胞內(nèi)H+、Ca2+濃度變幅規(guī)律大致為:孕穗期幼苗期分蘗期灌漿期;葉片含水量變化幅度規(guī)律大致為:孕穗期灌漿期分蘗期幼苗期;功能元素含量變化幅度規(guī)律大致為:孕穗期分蘗期幼苗期灌漿期。綜上所述,低強(qiáng)度酸雨通過影響葉綠體ATP合酶結(jié)構(gòu)及增加其轉(zhuǎn)錄水平,提高其活性及功能,進(jìn)而促進(jìn)水稻光合作用和生長;中高強(qiáng)度酸雨通過破壞葉綠體ATP合酶結(jié)構(gòu)及降低其轉(zhuǎn)錄水平,抑制其活性及功能,進(jìn)而使水稻光合作用和生長受抑。孕穗期是水稻對逆境脅迫響應(yīng)最敏感的時(shí)期。上述發(fā)現(xiàn)為酸雨污染的環(huán)境生態(tài)學(xué)效應(yīng)提供參考,為科學(xué)評價(jià)酸雨污染對不同生育期植物的影響提供實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：酸雨脅迫 水稻 葉片生長 葉綠體ATP合酶 不同生育期
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X517
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 酸雨污染及其研究背景10-11
• 1.1.1 酸雨環(huán)境污染現(xiàn)狀10
• 1.1.2 酸雨對植物的影響10-11
• 1.1.3 酸雨影響光合作用11
• 1.2 ATP合酶研究背景11-12
• 1.2.1 ATP合酶背景概述11-12
• 1.2.2 ATP合酶逆境研究12
• 1.3 研究目的與意義12-13
• 1.4 本課題研究內(nèi)容13-14
• 第二章 酸雨對不同生育期水稻葉片生長及凈光合速率的影響14-33
• 2.1 前言14
• 2.2 材料與方法14-15
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑的配制14
• 2.2.2 試材培養(yǎng)及處理14-15
• 2.2.3 測定方法15
• 2.2.4 數(shù)據(jù)處理15
• 2.3 結(jié)果與分析15-32
• 2.3.1 對水稻葉片形態(tài)的影響15-21
• 2.3.2 對水稻葉片鮮(干)重影響21-26
• 2.3.3 對水稻相對生長速率影響26-29
• 2.3.4 對水稻葉片凈光合速率影響29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 酸雨對不同生育期水稻ATP合酶的影響33-50
• 3.1 前言33
• 3.2 材料與方法33-36
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑的配制33
• 3.2.2 試材培養(yǎng)及處理33
• 3.2.3 測定方法33-36
• 3.2.4 數(shù)據(jù)處理36
• 3.3 結(jié)果與分析36-49
• 3.3.1 對水稻葉片ATP含量及光合磷酸化活性影響36-38
• 3.3.2 對水稻葉片ATP合酶活性及基因表達(dá)的影響38-43
• 3.3.3 對葉綠體ATP合酶表面電荷分布及構(gòu)象影響43-45
• 3.3.4 對葉綠體ATP合酶作用的量化計(jì)算45-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 酸雨對不同生育期水稻ATP合酶活性影響的機(jī)制50-61
• 4.1 前言50
• 4.2 材料與方法50-51
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑的配制50
• 4.2.2 試材培養(yǎng)及處理50
• 4.2.3 測定方法50-51
• 4.2.4 數(shù)據(jù)處理51
• 4.3 結(jié)果與分析51-60
• 4.3.1 對水稻葉片胞內(nèi)H+濃度的影響51-52
• 4.3.2 對水稻葉片胞內(nèi)Ca~(2+)濃度的影響52-53
• 4.3.3 對水稻葉片含水量的影響53-54
• 4.3.4 對水稻葉片葉綠體功能元素含量影響54-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 主要結(jié)論與展望61-62
• 5.1 主要結(jié)論61
• 5.2 展望61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 附錄：作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69

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本文編號：819544