本文關鍵詞：兩優(yōu)培九劍葉衰老進程中光合膜功能變化研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本研究探討高產(chǎn)雜交稻兩優(yōu)培九在衰老過程中,圍繞劍葉葉綠體結(jié)構(gòu)和功能的變化,研究葉綠體光能吸收、轉(zhuǎn)化、傳遞的動態(tài)變化、生理生化過程和蛋白組分衰退規(guī)律,確定光合作用關鍵蛋白LHCⅡ、ATPase和RuBisCO等功能蛋白復合物和各相關亞基含量變化,動態(tài)監(jiān)測和分析關鍵酶亞基基因表達水平等內(nèi)容以揭示葉片衰老的本質(zhì),這將對水稻等農(nóng)作物衰老進程光合功能機理研究的深入和光合機構(gòu)有機協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)過程的認識提供重要的理論基礎,結(jié)果表明：(1)通過葉綠素熒光儀測定兩優(yōu)培九劍葉衰老期間的光能轉(zhuǎn)化效率,劍葉全展28d-35d期間,隨著劍葉的衰老PS Ⅱ反應中心氧化端出現(xiàn)電子傳遞障礙,這說明在28d后放氧復合物OEC的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了改變,一定程度上妨礙了PS Ⅱ反應中心氧化端的電子傳遞。PSⅡ受體側(cè)熒光參數(shù)變化幅度相對較小,說明受體側(cè)電子傳遞體結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。結(jié)果同時表明在衰老進程的后期中,放氧復合物OEC和反應中心逐漸遭到破壞。此外,兩優(yōu)培九劍葉全展期問,RC/ABS減少相對較快,ABS/RC逐漸上升,ETo/RC在葉片衰老過程中變化不大,這表明在葉片衰老過程中單位反應中心有越來越多的能量以熒光和熱能的形式耗散量(φDo,DIo/RC,DIo/CSM）也增多。PIABSD和PICSM兩個參數(shù)靈敏度最高,能更容易反映不同生理期水稻光合機構(gòu)的變化特性。(2)兩優(yōu)培九劍葉全展后PSⅠ電子傳遞活力下降比PSⅡ小幅提前,但不同時期降解速率各時期不盡相同,PSⅡ在21d后下降趨勢比PSⅠ更為顯著。通過BN-PAGE與Western-blot實驗判斷類囊體膜上的蛋白復合物的穩(wěn)定性：LHCII OEC PSII core antenna PSII core PSI core LHCI。PSI中,LHCI與PSI core是平行式降解。PS Ⅱ中,LHCII與PSII core降解具有異步性。LHCII高度穩(wěn)定性是兩優(yōu)培九劍葉衰老期間在高光強下自我保護策略。在O-J-I-P曲線表明兩優(yōu)培九劍葉全展28d后,放氧復合物出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的崩塌與功能的紊亂,各砸基問穩(wěn)定性Psb P Psb O Psb Q。ATPase/Cytb6/f亞基穩(wěn)定性Atp β Cytb6。兩優(yōu)培九劍葉衰老期間,基質(zhì)類囊體優(yōu)先降解。葉綠素含量下降較慢和較多基質(zhì)類囊體有序緊密排列。(3)兩優(yōu)培九衰老進程中,RCA酶活力下降引起RubisCO迅速與CO2、Mg2+結(jié)合形成ECM三元復合物減少,活性氧的產(chǎn)生速度和清除速度失調(diào),對光合機構(gòu)產(chǎn)生破壞作用,致使光化學效率降低；兩優(yōu)培九衰老進程中rbc S亞基(15kd)的降解比rbc L (55kd)要早,在QRT-PCR中也得到驗證;PEPC、PEPCK、PPDK、NADP-ME、NADP-MDH5種C4酶活力隨著劍葉哀老下降比RubisCO慢,推測C4光合代謝或者說C4光合途徑在兩優(yōu)培九衰老過程中對RubisCO酶的提前降解具有一定的補償性,其機制不只是反應在光合作用上。(4)兩優(yōu)培九劍葉衰老期間活性氧含量的增加,其原因可能是電子傳遞受阻、捕光色素復合物與其他復合物降解的不同步性以及光碳失衡�？寡趸傅淖畲蠡盍Υ笾鲁霈F(xiàn)在14-21d期間,該時期主要是水稻灌漿期,抗氧化劑在生育后期穩(wěn)定性比抗氧化酶高。在兩優(yōu)培九衰老進程中,CATA同工酶起到作用比CATB和CATC大。(5)蛋白質(zhì)組學研究發(fā)現(xiàn)：兩優(yōu)培九在衰老進程中差異蛋白質(zhì)大致歸于7類：能量,脅迫防御,光合作用,碳水化合物代謝,氨基酸代謝,蛋白質(zhì)代謝,未知功能。亞細胞定位發(fā)現(xiàn),這些蛋白質(zhì)分別位于葉綠體、線粒體、細胞質(zhì)和核糖體中。在光合作用相關差異蛋白中,CP 23蛋白,OEC放氧復合物蛋白亞基,NADPH合成的蛋白,ATP synthase CF1 beta subunit出現(xiàn)差異。RuBisCO酶、RuBisCO酶前體和RuBisCO酶活化酶三類蛋白變化最大。R2R3-MYB轉(zhuǎn)錄因子和Organic cation transporter-like protein兩個蛋白表達量增高,表明這兩類蛋白在水稻衰老進程中起到重要作用。本研究探索高產(chǎn)雜交水稻兩優(yōu)培九類囊體膜蛋白質(zhì)變化差異及其與光反應的關系以及衰老后期的差異蛋白質(zhì)組學,將對研究水稻生育后期特別是籽粒灌漿進程中劍葉光合性能的變化規(guī)律具有重要意義,也為雜交水稻衰老和早衰的研究提供科學依據(jù)。
【關鍵詞】：葉綠素熒光 衰老 劍葉 水稻 大田環(huán)境 光系統(tǒng) 類囊體膜 蛋白復合物 藍綠溫和膠
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S511
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 前言綜述11-33
• 1.1 兩優(yōu)培九的光合特性研究11-12
• 1.1.1 株型特征11-12
• 1.1.2 光合特征12
• 1.1.3 抗性生理12
• 1.2 作物葉片衰老的光合性能變化12-16
• 1.2.1 作物葉片衰老表現(xiàn)的光合性狀13-14
• 1.2.2 光合機構(gòu)在作物葉片衰老中的策略選擇14-16
• 1.3 葉綠素熒光技術在作物衰老進程中的應用16-23
• 1.3.1 熒光動力學的原理及意義17-18
• 1.3.2 熒光動力學的特征位點18-20
• 1.3.3 JIP-test及其相應參數(shù)20-23
• 1.3.4 PSⅡ受體側(cè)、反應中心和供體側(cè)研究23
• 1.4 溫和藍綠膠技術在作物光合膜蛋白質(zhì)復合物分析中應用23-31
• 1.4.1 溫和藍綠膠技術23-25
• 1.4.2 類囊體膜上的主要蛋白復合物25-31
• 1.5 衰老蛋白質(zhì)組學研究31-32
• 1.6 本研究的內(nèi)容和目標32-33
• 第二章 “兩優(yōu)培九”劍葉衰老過程光合作用與葉綠素熒光變化特性33-48
• 2.1 材料與方法33-37
• 2.1.1 實驗材料33
• 2.1.2 光合性能測定33-34
• 2.1.3 葉綠素熒光參數(shù)測定及JIP-Test34
• 2.1.4 數(shù)據(jù)處理34-37
• 2.2 結(jié)果與分析37-44
• 2.2.1 兩優(yōu)培九衰老進程中光合作用參數(shù)的變化特性37-38
• 2.2.2 兩優(yōu)培九衰老進程中PS Ⅱ供體側(cè)與受體側(cè)的變化38-39
• 2.2.3 兩優(yōu)培九衰老進程中PS Ⅱ反應中心和活性反應中心數(shù)的變化39-40
• 2.2.4 兩優(yōu)培九衰老進程中PS Ⅱ反應中心能流分配的變化40-42
• 2.2.5 兩優(yōu)培九衰老進程中PS Ⅱ性能指數(shù)的變化42-43
• 2.2.6 衰老過程中劍葉葉綠素熒光動力學曲線43-44
• 2.3 討論44-46
• 2.4 結(jié)論46-48
• 第三章 “兩優(yōu)培九”劍葉衰老進程類囊體膜蛋白復合物及各亞基變化特性48-71
• 3.1 材料與方法49-58
• 3.1.1 葉片葉綠素含量測定49
• 3.1.2 類囊體膜電子傳遞活性測定49-50
• 3.1.3 Ca~(2+)/Mg~(2+)+-ATPase活性的測定50-51
• 3.1.4 提取完整葉綠體51-52
• 3.1.5 類囊體膜蛋白樣品的處理52
• 3.1.6 Blue-native聚丙烯酰胺梯度凝膠電泳52-54
• 3.1.7 二向SDS-Urea-PAGE54-55
• 3.1.8 類囊體膜蛋白復合體亞基的免疫探測55-56
• 3.1.9 水稻光合相關基因RT-PCR56-57
• 3.1.10 葉綠體超微結(jié)構(gòu)觀察57-58
• 3.2 結(jié)果與分析58-68
• 3.2.1 衰老進程中PSⅠ和PSⅡ電子傳遞活力的變化特性58-59
• 3.2.2 衰老進程中Ca~(2+)-ATPase and Mg~(2+)-ATPase活力的變化特性59
• 3.2.3 衰老進程中類囊體膜蛋白質(zhì)復合物的變化特性59-64
• 3.2.4 衰老進程中類囊體膜蛋白質(zhì)復合物各亞基的變化特性64-66
• 3.2.5 衰老進程中相關基因mRNA轉(zhuǎn)錄水平的變化特性66-67
• 3.2.6 衰老進程中葉綠體超微結(jié)構(gòu)的變化特性67-68
• 3.3 討論68-70
• 3.4 結(jié)論70-71
• 第四章 兩優(yōu)培九劍葉衰老進程中暗反應關鍵酶變化特性71-84
• 4.1 材料與方法71-76
• 4.1.1 酶液的制備71-72
• 4.1.2 RubisCO活性的測定72
• 4.1.3 RubisCO活化酶(RCA)活性測定72-73
• 4.1.4 PEPC活性的測定73
• 4.1.5 PEPCK活性的測定73-74
• 4.1.6 PPDK活性的測定74-75
• 4.1.7 NADP-ME活性的測定75
• 4.1.8 NADP-MDH活性的測定75
• 4.1.9 暗反應關鍵酶的免疫探測75
• 4.1.10 暗反應相關基因的mRNA轉(zhuǎn)錄水平75-76
• 4.2 結(jié)果與分析76-80
• 4.2.1 兩優(yōu)培九衰老進程中C3酶和C4酶的變化特性76-78
• 4.2.2 兩優(yōu)培九衰老進程中暗反應酶相關基因mRNA轉(zhuǎn)錄水平78-80
• 4.2.3 兩優(yōu)培九衰老進程中暗反應酶變化特性80
• 4.3 討論80-82
• 4.4 結(jié)論82-84
• 第五章 劍葉衰老期間酶類抗氧化物與非酶類抗氧化劑變化特性84-97
• 5.1 材料與方法84-88
• 5.1.1 抗氧化酶的測定84-86
• 5.1.2 非酶類的抗氧化物的測定86
• 5.1.3 氧化類物質(zhì)的測定86-87
• 5.1.4 O_2~-·和H_2O_2的組織化學定位87
• 5.1.5 抗氧化酶相關基因的mRNA轉(zhuǎn)錄水平87-88
• 5.1.6 Cat序列基因分析88
• 5.2 結(jié)果與分析88-94
• 5.2.1 兩優(yōu)培九劍葉衰老進程中H_2O_2和O_2~-·變化特性88-90
• 5.2.2 兩優(yōu)培九劍葉衰老進程中非酶類抗氧化物質(zhì)的變化特性90-91
• 5.2.3 兩優(yōu)培九劍葉衰老進程中抗氧化酶類的變化特性91-94
• 5.3 討論94-96
• 5.4 結(jié)論96-97
• 第六章 兩優(yōu)培九衰老進程中劍葉差異蛋白組學分析97-114
• 6.1 材料與方法97-103
• 6.1.1 材料的選取97
• 6.1.2 蛋白質(zhì)提取97-98
• 6.1.3 蛋白含量測定98
• 6.1.4 二維電泳98-102
• 6.1.5 切膠102
• 6.1.6 質(zhì)譜鑒定102-103
• 6.1.7 蛋白質(zhì)檢索103
• 6.2 結(jié)果與分析103-111
• 6.2.1 蛋白表達譜的變化103-109
• 6.2.2 差異蛋白的鑒定和功能分類109-110
• 6.2.3 差異蛋白的分析110-111
• 6.3 討論111-112
• 6.4 結(jié)論112-114
• 全文總結(jié)114-116
• 參考文獻116-138
• 在讀期間發(fā)表的學術論文及研究成果138-139
• 致謝139

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本文編號：303037