马晓娣[1]2004年在《不同耐热性小麦叶片超微结构及基因表达差异的研究》文中研究表明本实验选用耐热性不同的小麦品种幼苗为材料，在热锻炼(34℃)和热胁迫(49℃)条件下，测定了叶片的相对电导率，并观察了叶肉细胞超微结构的变化；在热击状态(38℃)下，应用cDNA扩增片段长度多态性(cDNA-AFLP)技术，对耐热与不耐热品种叶片基因表达差异进行了分析；从生理学、细胞学及分子生物学角度初步探讨了不同小麦品种耐热性差别的原因，取得的主要结果如下： 1．热锻炼可降低叶片的相对电导率，延缓热胁迫对叶肉细胞超微结构的破坏，延缓程度耐热品种比不耐热品种更为明显。 2．叶肉细胞中液泡膜对高温最敏感，其次为线粒体和叶绿体。线粒体的嵴和内膜比外膜对高温更敏感；叶绿体的类囊体膜在热胁迫下较早出现排列紊乱，但解体时间却比叶绿体被膜晚。 耐热品种核膜的热稳定性最高，不耐热品种核膜的热稳定性可通过热锻炼明显提高，即细胞核(尤其核膜)的热稳定性直接影响细胞结构的稳定性，而且与品种的耐热性明显相关。 3．在热击60min时，耐热品种热击表达基因与热击沉默基因数值相差较大。热击60min后，不耐热品种热击表达基因数量迅速减少。热击后60min左右是研究基因表达差异的关键时期。 与不耐热品种相比，热击条件下耐热品种持续表达的热击基因相对数量较多，热击基因持续表达的时间较长。 在热锻炼和热胁迫过程中叶片相对电导率、叶肉细胞超微结构的变化，以及热击条件下叶片基因表达差异，可分别作为耐热性评价的生理学、细胞学和分子生物学指标。
高桂珍[2]2015年在《油菜种子耐热性的鉴定及分子机理研究》文中提出高温对种子的保存具有负面影响,随着全球温度上升以及极端高温天气的持续频繁出现,种子耐热性直接影响着种子保存后的质量,甚至关系到农业生产和种子产业的发展。本文通过研究不同温度和时间对种子保存的影响,建立种子耐热性的鉴定方法,并从形态学、基因组学、表观遗传学和蛋白组学等方面,系统的研究种子耐热性的分子机制。主要结果如下:1.通过研究种子在不同温度和时间保存下生活力的变化,发现高温保持3个月时种子生活力下降,下降幅度在品种间存在差异,选取60℃作为种子耐热性的鉴定温度;明确了甘蓝型、白菜型和芥菜型油菜的种子耐热性均存在基因型差异;同时发现472份甘蓝型油菜种质的种子耐热性存在丰富的遗传变异,并从生态类型、地理分布和育成年代分析了种子耐热性的变异规律。2.对种子耐热性的相关性状与农艺和品质性状进行了相关性分析,发现热胁迫后种子的发芽率和发芽指数均与千粒重、单株产量、全株干重和小区产量呈极显着正相关,与含油量呈极显着正相关。3.热胁迫对油菜耐热品种和热敏感品种的种子超微结构的影响程度不同,种子在高温胁迫下,耐热品种细胞结构能保持较好的完整性,而热敏感品种细胞结构则发生了明显变化。超高温胁迫后,两个品种的细胞结构都遭到了一定程度的破坏,但热敏感品种的细胞结构相对破坏更严重。4.利用Illumina公司开发的60K芸薹属SNP芯片,对472份甘蓝型油菜种质的种子耐热相关性状进行了全基因组关联分析。结果发现,发芽势关联到4个SNP标记位点,均位于A1染色体上;发芽速度检测到3个标记位点,分别位于A2,A6和C7染色体上。5.种子经热胁迫后DNA甲基化水平下降,甲基化状态发生了改变;耐热品种和热敏感品种在热胁迫过程中均发生甲基化和去甲基化现象,发生去甲基化的条带数多于发生甲基化的条带数。通过相关性分析发现发芽势、发芽率、下胚轴长和活力指数与双链DNA内部发生甲基化的条带数呈负相关,而与双链DNA外部发生甲基化的条带数呈正相关。6.利用iTRAQ技术对热胁迫下种子的蛋白组学进行了分析,鉴定到2515个有定量信息的可靠蛋白。根据蛋白的表达倍数和P值筛选差异表达蛋白,种子在40℃处理后的差异表达蛋白有87个,70℃处理后有99个,40-70℃处理后有88个。层次聚类分析发现,叁种温度处理后种子的差异蛋白表达模式相似。亚细胞定位发现差异蛋白分布范围较广,主要定位在细胞质、细胞核、叶绿体、线粒体和质膜上。差异表达蛋白按其功能划分为18大类,其中包括未知功能的蛋白、翻译,核糖体结构和生物合成、翻译后修饰,蛋白转角和分子伴侣、碳转运和代谢相关蛋白等。通过GO功能显着性富集分析,发现差异表达蛋白主要富集在细胞组成和生物过程的代谢途径;同时进行了KEGG的分析,差异表达蛋白共参与了10个代谢途径,其中碳代谢、丙酮酸代谢和糖酵解等代谢途径在不同温度处理条件下均显着受到影响。
于晓英[3]2006年在《瓜叶菊（Senecio×hybridus）对热胁迫的反应及耐热变异体的研究》文中研究指明瓜叶菊(Senecio×hybridus)是世界范围内广泛栽培的观赏盆花之一。花形秀丽典雅，花姿雍容华贵，花期长(1-5月)，自然花期正值少花的冬春季节，元旦和新春佳节。但瓜叶菊不耐热，尤其是在我国南方各省夏季育苗时往往遇到高温阻碍，成苗率很低。为了探讨瓜叶菊对高温胁迫的反应及夏季育苗遇高温阻碍的相关生理生化机制，本试验以综合品质优良，市场表现较好，遗传性状稳定，生长一致的无性苗(其母株编号分别为B_1、N_1、N_2、N_3、N_4、Z_1、Z_7)为材料，展开了热胁迫对瓜叶菊幼苗影响的研究。同时，为了获得瓜叶菊耐热新种质，本试验以不同器官为外植体进行瓜叶菊的离体培养和植株再生及耐热变异无性系的离体筛选研究。主要结果与结论如下： 1．瓜叶菊幼苗对热胁迫的生理生化反应 瓜叶菊幼苗30℃、35℃ 20h的胁迫有一定的耐受能力，胁迫中萎蔫的叶片在解除胁迫后大部分都能很快恢复。对于40℃20h胁迫，不同种质之间的耐受能力有显着差异，叶片小而厚，气孔指数、叶肉细胞含水量最大的Z_1热忍受能力最强，叶片大而薄，气孔指数、叶肉细胞含水量最小的B_1耐受能力最弱，其它依次是N_1、N_2、Z_7；短暂热锻炼可提高瓜叶菊幼苗的热耐受能力，减轻热伤害程度，热害指数可下降0.04-0.10；热胁迫下脯氨酸和可溶性蛋白含量的大量增加与瓜叶菊幼苗耐热性的提高密切相关，可以作为耐热性鉴定指标；在热胁迫下瓜叶菊叶片的IL值和MDA累积量均随胁迫时间的延长而升高，但耐热性较强的种质IL值和MDA累积量比耐热性弱的种质累积量小，而SOD、POD活性也呈现与材料耐热性成正相关的趋势。因此，即热胁迫下瓜叶菊叶片的IL值和MDA累积量和SOD、POD活性都可作为瓜叶菊耐热性鉴定指标。 2．瓜叶菊离体培养和植株再生技术体系的建立 在相同的培养基上(3／4 MS+2mg／1 6-BA+0.1mg／1 NAA)带芽的茎段是以器官型方式直接在母体上产生小植株进行增殖；而花梗、花托是以器官发生型方式先产生愈伤组织，然后再从愈伤组织上分化出不定芽形成小植株的方式进行增殖；在进行愈伤组织的分化培养时，适当地降低MS培养基的浓度对芽的诱导有较好的促进作用，同时还可以减少褐变；IAA、IBA、NAA对瓜叶菊不定根的
田婧[4]2012年在《外源亚精胺缓解黄瓜幼苗高温胁迫伤害的生理调节机制和蛋白质组学研究》文中研究说明高温胁迫对农业生产的威胁是一个全球性的热点问题,严重影响着作物的生育和产量。黄瓜(Cucumis sativus L.)是世界性的重要蔬菜作物,也是我国设施栽培的主要蔬菜种类之一。然而,在我国大部分地区的保护设施中,正午40℃以上的高温经常出现,高温热害已经成为黄瓜夏秋露地与保护地栽培的主要限制因子。多胺(Polyamines, PAs)是生物代谢过程中产生的一类具有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱,广泛作用于植物生长、形态建成、衰老和对逆境胁迫的响应。多胺的种类主要包括二胺类的腐胺(Putrescine, Put)、叁胺类的亚精胺(Spermidine, Spd)和四胺类的精胺(Spermine, Spm)。近年来,通过使用外源多胺类物质来调节和介导植物各种胁迫耐性的研究越来越多。然而,关于多胺调节蔬菜作物高温胁迫的生理研究比较少见,尤其是蛋白质组学方面的研究尚为空白。本研究以黄瓜品种‘津春4号’为试材,在人工气候箱内,采用营养钵内石英砂浇灌营养液栽培的方式,通过叶面喷施外源1mM Spd,测定了高温胁迫(42℃/32℃)下黄瓜植株生长、光合与荧光特性、叶绿体超微结构、膜脂过氧化程度、活性氧清除酶活性和同工酶表达、抗坏血酸-谷胱甘肽循环、氮素吸收代谢等方面的变化,研究了黄瓜叶片可溶性蛋白变化和蛋白质组功能、mRNA转录水平的变化,探讨了外源Spd提高黄瓜植株耐热性的生理和分子生物学机制。主要研究结果如下：1.外源Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗生长和内源多胺含量的影响：高温胁迫下,黄瓜幼苗生长受到明显抑制,株高、茎粗、地上部干鲜重、地下部干鲜重及主要功能叶的叶面积均显着降低,外源Spd处理可明显缓解高温胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制,提高植株生物量的积累。高温胁迫下,黄瓜幼苗叶片中游离态、结合态和束缚态Put含量显着降低,而游离态、结合态和束缚态Spd和Spm含量显着升高。从多胺种类上来看,黄瓜幼苗体内叁种形态Put均向Spd和Spm的转化可能是黄瓜幼苗(至少是该品种)对高温胁迫的一种适应性反应。喷施外源Spd处理促进叶片中Put和Spd含量的升高,而Spm含量略有下降,由于Put是Spd的上游产物而Spm是Spd的下游产物,外源Spd的作用即趋向于维持高水平的内源Spd含量。2.外源Spd保护高温胁迫下黄瓜幼苗的光合能力：与常温对照相比,高温胁迫下叶绿素含量和净光合速率显着下降,气孔导度和蒸腾速率升高,PS Ⅱ潜在最大光化学效率及实际光化学效率亦明显下降；高温胁迫下施用外源Spd有助于提高叶片光合色素的含量,维持较高的净光合速率及PS Ⅱ光化学效率。单纯高温胁迫下,叶绿体内淀粉粒膨大并大量积累、基粒片层受到挤压且数目相对减少,嗜锇体大量出现；高温胁迫下喷施外源Spd,叶绿体超微结构几乎未受到影响。Spd对叶绿体结构与功能的维持和保护,可能是其改善黄瓜幼苗在高温胁迫下光合能力的主要原因,由此而增强植株对高温逆境的适应性。外源Spd可有效抑制高温胁迫下淀粉的水解,使糖分趋于向合成方向,积累更多的干物质。3.外源Spd增强高温胁迫下黄瓜幼苗的抗氧化能力：高温胁迫下,黄瓜幼苗叶片膜脂过氧化程度显着加剧,表现为叶片相对电导率、MDA含量及脂氧合酶(LOX)活性以及ROS水平(包括O2和H202含量)均显着上升；而外源Spd处理可明显抑制高温胁迫下幼苗叶片的膜脂过氧化损伤,降低ROS水平,减少电解质渗漏和MDA积累。高温胁迫下,SOD活性大幅下降,POD和APX活性先升高后降低,CAT活性先降低后升高,这些酶的同工酶也发生明显的变化；外源Spd显着增强了高温胁迫下SOD活性,POD、CAT和APX活性也有不同程度的提高,除对POD同工酶影响较小外,外源Spd明显促进了其他保护酶同工酶的表达。AsA-GSH循环中,高温胁迫诱导MDAR.DHAR和GR活性升高,还原型抗氧化剂AsA和GSH含量上升且氧化还原比例发生变化；外源Spd处理进一步提高MDAR.DHAR和GR活性,在促进还原型抗氧化剂AsA和GSH绝对含量升高的同时,还提高了还原型抗氧化剂所占比例(AsA/DHA、GSH/GSSG)。黄瓜幼苗在高温胁迫下启动自身的抗氧化系统以抵御高温造成的氧化伤害,但随着胁迫时间的延长,这种抵御逐渐减弱,而外源Spd能显着降低高温胁迫造成的膜脂过氧化伤害,提高抗氧化酶活性并增强同工酶表达,活化AsA-GSH循环,促进了黄瓜幼苗整体抗氧化能力的提高。4.外源Spd对高温胁迫下黄瓜幼苗氮素和其他代谢的影响：高温胁迫下,幼苗根系中N03--N含量升高但随胁迫处理时间的延长向地上部运输受阻,根系中硝酸还原酶(NR)钝化,叶片中NR活性升高,根系和叶片中NH4+-N含量大幅上升；外源Spd能有效调节高温胁迫下氮素代谢的平衡,促硝抑铵,提高NR活性。脯氨酸是一种重要的含氮化合物,逆境条件下较高的脯氨酸水平可增强植株的渗透调节能力,有助于维持植株体内的水分平衡。高温胁迫下,黄瓜幼苗叶片内脯氨酸含量升高,外源Spd进一步促进其含量的升高,从而为黄瓜幼苗在高温胁迫下生长发育提供额外的渗透调节能力。高温胁迫下,质膜蛋白含量降低而液泡膜蛋白含量升高,质子泵活性略有升高；外源Spd可进一步提高高温胁迫下黄瓜幼苗叶片质膜和液泡膜H+-ATPase,而液泡膜H+-PPase活性略有下降。外源Spd促进H+-ATPase的活性,从而稳定膜结构,建立跨膜质子推动力△pH,促进ATP的产生和维持细胞质酸碱平衡,缓解了高温胁迫对黄瓜幼苗生长的抑制。5.外源Spdd对高温胁迫下黄瓜幼苗叶片蛋白质组和基因表达的影响：高温胁迫初时,幼苗叶片可溶性蛋白含量升高,随胁迫时间延长至5d后,叶片可溶性蛋白含量开始下降,外源Spd可显着提高叶片可溶性蛋白的含量。利用双向电泳(2-DE)和质谱分析(LC-ESI-MS/MS)的技术,比较常温对照和高温胁迫及外源Spd处理的幼苗叶片2-DE图谱,共发现62个差异表达蛋白点,其中有60个蛋白点成功得以MS鉴定。经功能分类后显示,25个蛋白点与光合作用有关,16个蛋白点涉及能量与物质代谢,6个蛋白点为分子伴侣,6个蛋白点与胁迫防御有关,7个蛋白点与蛋白质或核酸的生物合成相关,另有2个蛋白点因MS鉴定得分较低或EST功能尚不明确而被归为功能未知蛋白。主要差异蛋白有Rubisco大/小亚基、Rubisco活化酶(RCA)、转酮醇酶(TK)、磷酸核酮糖激酶(PRK)、热激蛋白70(HSP7)、分子伴侣60(CPN60)、Cu/Zn-SOD、类胡萝卜素相关蛋白、蛋白翻译延长因子(EF-Ts和EF-G)等。高温胁迫对光合作用、能量和物质代谢相关蛋白的影响最为明显,而外源Spd处理在蛋白质水平上表现出积极的保护作用,尤其是显着提高了部分高温下调蛋白(如Rubisco大/小亚基和Cu/Zn-SOD)的表达。光合相关基因(RbcL、RbcS、RCA、OEC23和OEC33等)、抗氧化相关基因(SOD、POD和Car等)和分子伴侣(Hsp70、Cpn60和Hsp20)都在nRNA水平对高温胁迫做出明显反应；外源Spd处理对部分基因的表达表现出明显的调控作用。除PRK、CPN60和sHSP外,大多数重要的功能蛋白受高温影响和受外源Spd诱导的mRNA转录特性与蛋白积累特性相一致。
张俊环[5]2005年在《葡萄幼苗与果实对温度逆境的交叉适应性及其细胞学机制研究》文中研究表明以当年生葡萄(Vitis vinifera L.cv.Jingxiu)幼苗与成熟果实为试材,从细胞水平比较研究高温锻炼诱导的耐冷性和低温锻炼诱导的抗热性及其发生机制,探讨葡萄幼苗与果实对温度逆境的交叉适应性及其细胞学机制。结果如下。 利用透射电子显微镜技术对高温锻炼和低温锻炼以及0℃低温和45℃高温胁迫条件下的葡萄幼苗叶片进行了超微结构观察,38℃/10h的高温锻炼预处理和8℃/2.5d的低温锻炼预处理都对葡萄叶肉细胞结构造成了轻微的伤害,但延缓了随后的交叉胁迫条件对叶肉细胞的损伤。主要表现在叶绿体、线粒体、细胞核、质膜与液泡膜等部位。 从生化水平测定了定位在质膜、液泡膜和线粒体上的ATP酶的活性,并用氯化铈沉淀的电镜细胞化学方法,定位观察了质膜ATP酶的活性,得到一致的结果:高温锻炼预处理提高了微粒体膜ATP酶的活性,并且在随后的低温胁迫条件下,保持了酶活性的稳定性;低温锻炼提高了高温胁迫下的微粒体膜ATP酶活性。对质膜H~+-ATPase进行了Western-blot分析,结果表明,不同处理的质膜H~+-ATPase表达量的变化都与测定的酶活性变化趋势基本相吻合。因此认为,温度锻炼所诱导的质膜H~+-ATPase活性的变化部分归因于酶蛋白量的变化。 0℃低温胁迫和45℃高温胁迫进程中,幼苗叶片细胞膜系统受到严重伤害,表现为CAT、POD和SOD叁种抗氧化酶活性降低,膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量明显升高,活性氧浓度增加。经过高温锻炼的幼苗,在低温胁迫期间抗氧化酶活性增强,O_2产生速率和H_2O_2含量先上升后下降,MDA浓度和膜透性也比对照有明显降低且相对稳定;经过低温锻炼的幼苗,在高温胁迫期间,上述各项指标的变化规律与高温锻炼幼苗在低温胁迫期间的变化趋势相似。 胶体金免疫电镜定位结果表明,热激蛋白HSP70主要定位在叶绿体的片层膜和淀粉粒、线粒体、细胞核的核仁和核质、以及胞质中,尤以叶绿体和细胞核中的免疫颗粒密度最大;sHSP17.6在叶肉细胞中的分布规律与HSP70相似,不同的是在淀粉粒上几乎没有sHSP17.6的分布,并且在数量上明显少于HSP70。高温锻炼可诱导葡萄幼苗叶片中HSP70和sHSP17.6的表达量的增加,并且在低温胁迫条件下一直保持比对照相对较高的水平,sHSP17.6的结果更显着;低温锻炼预处理对HSP70和sHSP17.6的表达量似乎没有影响,但可增强两种HSP在高温胁迫条件下的表达水平。Western blot检测和胶体金免疫定位都得到了一致的结果。并且证实了高温锻炼可对HSP70和HSP17.6的合成在转录和翻译两种水平上起调节作用。 38℃/10h热预处理可诱导葡萄果实对-2℃低温的适应性反应,其作用机制与高温锻炼诱导的幼苗耐冷性相似。
胡俏强[6]2011年在《不结球白菜耐热性鉴定方法及其耐热基因片段克隆研究》文中认为根据夏季自然高温条件下观察结果,选取耐热性差异明显的10份不结球白菜(Brassica campestris ssp. chinensis Makino)为试验材料,探索出一套较为准确的不结球白菜苗期耐热性鉴定方法；研究了夏季高温季节栽培条件下的成株期形态指标与各品种耐热性的相关性；阐明了不结球白菜在热激条件下相关生理生化特性与品种耐热性的关系；同时还从不结球白菜中克隆得到一个小分子量热激蛋白基因BOHSP612,为进一步研究不结球白菜中热激蛋白基因打下了基础。本文主要研究结果如下：1.不结球白菜苗期耐热性鉴定采用人工气候箱高温处理方法,分别于2009年秋季和2010年春、夏季,在6种不同的高温条件下对10份不结球白菜材料进行了连续7d的高温处理。结果表明,在不同的高温胁迫下,各供试材料均会出现不同程度的热害症状,如叶片反卷、失绿等,并随着温度的升高和处理时间的延长,热害症状加剧。春季和秋季采用37℃/27℃(d/n)处理幼苗4d后调查热害指数,可以显着反映出不结球白菜各品种间的耐热性差异。而夏季自然高温条件下育苗后在37℃/27℃(d/n)则下不能区分不结球白菜各品种间耐热性差异。2.不结球白菜成株期耐热性鉴定采用田间自然高温鉴定方法,分别于2010年春季和夏季,对上述10份不结球白菜进行成株期耐热性鉴定,并计算其与苗期热害指数间的相关系数。结果表明,春季不结球白菜成株期各项形态指标中除叶宽与苗期热害指数显着相关外,其余指标均不显着。而夏季不结球白菜成株期形态指标中叶片数与苗期热害指数呈负相关,其余指标均呈正相关；其中株幅、叶长和叶宽与苗期热害指数呈显着正相关,叶柄长与其相关性达到极显着水平。3.不结球白菜生理生化指标耐热性鉴定以不结球白菜苗期鉴定结果中的耐热品种雪克青和高华青,中等耐热品种叁伏和抗热605以及热敏品种四月慢和矮脚黄为试验材料进行连续10天的热激处理,测定了热激处理对不结球白菜叶片中叶绿素含量、膜透性、丙二醛(MDA)、保护酶活性以及脯氨酸(Pro)含量的影响。结果表明,热激处理后,耐热品种叶片中Pro含量和SOD、POD、CAT活性的相对增幅大于热敏品种,且分别处理4(Pro)、6(SOD、CAT)和8(POD)天可以显着区分各品种间耐热性；热敏品种叶片中电导率和丙二醛(MDA)的含量的相对增幅大于耐热品种,并且处理6(电导率)和8(MDA)天效果最佳,可作为鉴定标准之一；同时热敏品种叶片中总叶绿素和叶绿素a含量相对降幅大于耐热品种,并且第4(叶绿素a)和6(总叶绿素)天耐热品种相对降幅最小,热敏品种最大,中等耐热品种居中,各品种之间差异显着,可以作为耐热性鉴定的标准。然而研究发现叶绿素b含量变化较为复杂与各品种间耐热性无显着相关。4.不结球白菜耐热相关基因特异片段的克隆利用已发表的甘蓝耐热相关蛋白基因序列设计引物,以不结球白菜抗热品种高华青幼苗为试验材料,通过特异片段扩增,获得了不结球白菜耐热基因特异片段序列,命名为BOHSP612。序列分析发现,不结球白菜BOHSP612基因核苷酸特异片段序列长度为612bp。用BLAST进行同源性分析发现它们编码的核苷酸序列与一些芸薹属作物、拟南芥、大豆、花生等核基因组部分序列、耐热相关蛋白mRNA序列以及一些假基因和假定蛋白mRNA序列有较高同源性。
白立伟[7]2016年在《魔芋耐热性鉴定及热激蛋白HSP基因的克隆与初步分析》文中认为魔芋(Amorphophallus rivieri)喜温不耐热,高温是影响其产量和品质的主要非生物胁迫因素之一。在我国西南主要魔芋种植区域,特别是川渝芋区,周期性的热害常有发生,因此,筛选耐热种质资源、选育耐热新品种尤为重要。种质材料的耐热性鉴定是魔芋耐热育种的基础,然而目前我们对魔芋耐热的生理机制、分子机制及互作调控机理的细节知之甚少。本研究根据前人对魔芋田间农艺性状的观察结果,选取耐热性差异明显的3个魔芋种为实验材料,分别从生理生化和分子生物学两方面研究了魔芋耐热的生理基础与调控机制,以期为进一步研究魔芋耐热因子表达调控和功能分析奠定基础。本实验以耐热性明显不同的白魔芋(Amorphophallus albus,Aa)、花魔芋(Amorphophallus konjac,Ak)和珠芽魔芋(Amorphophallus bulbifer,Ab)为试材。通过测定43℃高温胁迫下叶片生理生化指标含量的变化、观察叶片微观组织结构以及统计热害指数的变化,掌握了高温胁迫下3种魔芋试材主要耐热指标的变化规律,明确了不同魔芋种耐热性强弱以及筛选能有效反映魔芋耐热性差异的指标,探讨了魔芋耐热的生理机制;利用已经公开的耐热相关热激蛋白基因同源序列设计引物,克隆了3种魔芋材料热激蛋白基因sHSP、HSP70和HSP90,并根据已测序序列设计半定量RT-PCR引物,研究了不同时间高温胁迫下s HSP、HSP70和HSP90在魔芋叶片中的表达情况。主要研究结果如下:1.魔芋的耐热性鉴定利用耐热性差异明显不同的白魔芋、花魔芋和珠芽魔芋试材,测定了43℃高温胁迫下不同魔芋叶片相关耐热指标。结果表明,高温处理后,Aa叶片中CAT活性、SP和Pro含量的大小和增幅均大于Ak和Ab,Ab居中,Ak最小;Ak叶片中REC和MDA含量的大小和增幅最高,Ab居中,Aa最小;高温处理6h、18h和24h,Aa叶片中SOD和APX活性及增幅均显着大于Ab和Ak;高温处理6h后,Aa叶片中SS含量及增幅显着高于Ab和Ak。同时高温胁迫过程中,Aa叶片中Pn、Tr、Chl a/b的大小和降幅均大于Ab和Ak,处理1d、2d和4d的叶片中Gs和Ci大小依次是Aa、Ab和Ak。供试材料在高温胁迫过程中,Aa叶片的气孔密度和开度大于Ab和Ak,其叶肉细胞受到高温胁迫的影响和损伤也最低,处理4d后,热害指数差异显着,Aa最低,其次是Ab和Ak。表明CAT、SP、Pro、REC、MDA、Chl a/b、Pn、Tr、微观组织结构和热害指数十个耐热指标的变化规律能够准确反映魔芋耐热性差异,可用于耐热性鉴定,3种供试材料的耐热性强弱依次是白魔芋Aa、珠芽魔芋Ab和花魔芋Ak。POD活性指标在高温胁迫下变化复杂,与各种间耐热性无显着相关。2.魔芋HSP基因的克隆与序列分析以白魔芋、花魔芋和珠芽魔芋为试材,通过同源克隆法获得Aas HSP、AksHSP和AbsHSP基因片段大小均为468bp,包含全长开放阅读框,编码155个氨基酸残基。生物信息学方法分析表明,蛋白分子量分别为17.284、17.270和17.095kDa;等电点为6.84、6.84和6.31;氨基酸序列C端均含有典型的ACD保守结构域;与半夏Pts HSP的亲缘关系最近。同源克隆法获得AaHSP70、AkHSP70和AbHSP70基因片段大小分别为1944bp、1947bp和1944bp,包含全长开放阅读框,各自编码647、648、647个氨基酸残基。生物信息学分析表明,蛋白分子量分别为71.069、71.054和71.023kDa;等电点为5.14、5.16和5.17;氨基酸序列N端均含有高度保守的NBD结构域;与芭蕉MaHSP70和棉花GrHSP70亲缘关系最近。同源克隆法获得AaHSP90、AkHSP90和AbHSP90基因片段大小均为2103bp,包含全长开放阅读框,编码700个氨基酸残基。生物信息学分析表明,蛋白分子量分别为80.036、80.056和80.188kDa;等电点为5.01、5.01和5.00;氨基酸序列N端均含有ATPase保守结构域;与芭蕉MaHSP90亲缘关系最近。3.高温胁迫下HSP基因的半定量RT-PCR分析以白魔芋、花魔芋和珠芽魔芋为试材,利用半定量RT-PCR技术分析了不同基因在高温胁迫不同时间下叶片表达情况。结果显示,感热种花魔芋AksHSP在热激0.5h后表达量迅速增加到最高值,而耐热种白魔芋AasHSP和珠芽魔芋AbsHSP基因热激响应时间较AksHSP长,在2h后达峰值,且AasHSP基因的表达峰值及表达总量均明显高于Aks HSP和AbsHSP。感热种花魔芋AkHSP70在热激0.5h后表达量迅速增加到最高值,而白魔芋AaHSP70和珠芽魔芋AbHSP70基因热激响应时间较AkHSP70长,分别在2h和5h后达峰值,且AaHSP70基因的表达量明显高于其余二者。感热种花魔芋AkHSP90在热激0.5h后表达量迅速增加到最高值,而耐热性更强的白魔芋AaHSP90和珠芽魔芋AbHSP90基因热激响应时间较AkHS90P长,分别在2h和1h后达峰值,且AaHSP90基因的的表达峰值及表达总量均明显高于AkHSP90和AbHSP90。
陈芳, 郑炜君, 李盼松, 于太飞, 刘生祥[8]2013年在《小麦耐热性鉴定方法及热胁迫应答机理研究进展》文中进行了进一步梳理小麦是全球最重要的粮食作物之一,高温特别是开花期和灌浆期的高温胁迫严重影响小麦的产量和品质。本文分别从直接鉴定法和间接鉴定法两个方面入手,介绍了小麦耐热性的评价指标;阐述了在高温胁迫下温度信号的感知和传递,以及植物对高温的响应机理;从传统育种方法和基因工程策略两个方向综述了小麦耐热性改良的研究进展。最后,提出了小麦耐热性研究存在的问题及措施,以及今后小麦耐热性研究的发展方向。
周珩[9]2016年在《外源亚精胺缓解高温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素代谢的作用机理研究》文中提出高温胁迫是影响植物生长发育的主要非生物(环境)胁迫因子之一,是植物产量和生产效率的重要限制性因子(Boyer,1982b)。黄瓜(Cucumis sativus L.)是一种世界性的重要蔬菜作物,也是我国设施栽培面积较大、效益较高的蔬菜作物之一,其喜温怕热,适宜同化温度为25～30℃,超过38℃会导致热伤害,而遇到50℃左右高温时,短时间内茎叶出现坏死(Oda,1993;Talanova.V.V et al.,2006)。高温胁迫严重影响黄瓜的生长发育和光合作用,而作为植物光合作用光能捕获与传递的主要色素分子,植物叶绿素含量与光合作用具有正相关关系。高温胁迫下黄瓜叶片叶绿素含量明显降低,而外源Spd可显着提高黄瓜叶绿素含量,但其作用机制并不清楚。本研究以高温敏感的黄瓜品种'津春2号'为材料,采用基质栽培方式,利用人工气候箱内培育黄瓜幼苗,研究了叶面喷施1.0 mmol·L-1外源亚精胺(Spd)对高温胁迫下(42℃/32℃)黄瓜幼苗叶片Ch1合成和降解的影响,从叶绿体超微结构、Ch1合成前体物质、LHCPⅡ-Ch1复合体蛋白、类囊体膜蛋白及其应答基因等方面,探讨外源Spd缓解高温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素代谢的作用机制,为外源多胺提高黄瓜植株耐热性的实践提供理论依据。主要研究结果如下:1.高温胁迫显着降低黄瓜幼苗叶片叶绿素含量,植株生长明显被抑制,并且叶绿体超微结构发生明显的变化,基粒类囊体片层受到挤压,叶绿体严重变形,甚至出现了质壁分离的现象;而外源Spd可缓解高温胁迫对黄瓜幼苗的危害,稳定叶绿体结构,致使叶绿素含量升高,生长被促进。2.利用蓝绿温和肢凝胶电泳(BN-PAGE)和SDS-尿素-PAGE电泳技术对类囊体膜蛋白复合体亚基进行分离,总共有40多个膜蛋白点通过肉眼可见,通过质谱分析成功鉴定22个差异蛋白点。结果表明,高温导致幼苗类囊体膜上的ATPaseCF1、CP47、D1、D2等膜蛋白表达急剧下降;检测膜蛋白的应答基因发现,外源Spd上调了Lhcb2、Lhcb4、Lhcb5、Lhcb6、PsbA、PsbD、Lhcp、atpA 基因的表达。表明 Spd 从蛋白合成和转录水平上,不同程度地调节了高温胁迫下光合蛋白以及类囊体膜蛋白的适应性变化,促进类囊体蛋白合成,缓解LHCⅡ-Ch1复合体以及类囊体复合蛋白解离,减缓高温对黄瓜幼苗的伤害。表明外源Spd在高温胁迫下直接进入完整叶绿体中,稳定类囊体结构,提高类囊体蛋白应答基因的表达,促进类囊体蛋白合成,缓解LHCⅡ-Ch1复合体以及类囊体复合蛋白解离,保护了黄瓜幼苗光合器官结构的稳定性,和功能上的完整性,进而提高黄瓜幼苗在高温下的胁迫抗性。3.高温胁迫下,叶绿素合成前体胆色素原(PBG)含量降低,而尿卟啉原(UroⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)含量显着升高,并且PBG向UROⅢ转化的关键酶胆色素原脱氨酶(PBGD)和尿卟啉原合酶(UROS)活性及其编码基因HMBS和MBS和表达水平显着提高,积累大量高能态的叶绿素合成中间产物,增加了叶绿素氧化漂白的风险;外源Spd通过减缓叶绿素生物合成的PBG到UROⅢ的转化,有效避免叶绿素氧化漂白降解,从而减缓高温对黄瓜幼苗带来的伤害。4.高温胁迫下,叶绿素降解代谢分析表明,高温提高了叶绿素降解“脱镁叶绿酸加氧酶(PaO)”途径的关键酶叶绿素酶(Chlase)和脱镁螯合酶(MDCase)活性及其应答基因CLH的转录水平,叶绿素降解相关酶基因PAO、RCCR、CBR和叶绿素降解调控因子SGR1基因表达水平也显着被促进;同时,外源Spd降低了 Chlase和MDCase活性及其基因转录水平,并且使PaO、红叶绿素代谢还原酶(RCCR)、叶绿素b还原酶(CBR)和叶绿素降解调控因子SGR1基因表达水平显着降低。表明外源Spd减缓了叶绿素降解进程,最终提高了叶绿素含量。此外,Spd提高高温胁迫下叶绿素含量,可能还与叶绿素降解调控因子SGR1有关。综上所述,高温胁迫使叶绿体结构破坏,加速黄瓜叶片叶绿素生物合成的PBG到UROⅢ转化进程的同时,也使降解进程加快。外源Spd明显减缓了 PBG到UROⅢ的转化,有利于降低一些具有潜在氧化作用的前体形成高能态氧化物质的风险,避免对叶绿素造成氧化损伤,同时,Spd缓解LHCⅡ-Ch1复合体以及类囊体复合蛋白解离,明显降低叶绿素PaO降解途径相关酶活性及其基因表达水平,减缓了叶绿素降解,提高了叶绿素含量。此外,Spd提高高温胁迫下叶绿素含量,可能还与叶绿素降解调控因子SGR1有关。
刘冬峰[10]2014年在《砂梨对高温胁迫的响应及耐热机理研究》文中进行了进一步梳理梨是我国重要的栽培果树,除海南省外全国各省(市、区)均有栽培。砂梨、白梨、秋子梨和新疆梨是原产我国的四大栽培梨系统,其中,砂梨原产于我国长江流域及其以南地区,适应高温、高湿的环境,在我国南方地区广泛栽培。虽然砂梨对环境的适应性较强,但气候因素仍然是限制产量和品质的主要原因,尤其是果实发育关键期的异常温度变化,如花期低温冻害、高温导致的授粉受精不良,果实近成熟期极端高温天气导致的果实大量落果及日烧,果实采收后的早期落叶、抽发新梢及二次开花等,这些现象的产生可能均与高温天气有关。近年来随着全球气候温暖化的加剧,我国南方地区夏季极端高温天气越来越频繁,这给砂梨产业带来的影响也愈发明显。因此,开展砂梨的高温适应性研究将有助于改善栽培管理措施提高果实品质。本试验首先以砂梨品种‘翠冠’和‘园黄’为材料,研究两种高温胁迫方式对砂梨叶肉细胞超微结构、叶绿素相对含量、叶绿素荧光参数以及净光合速率的影响,两种高温胁迫方式分别为短期持续高温胁迫(40℃,48h)和长时间高温胁迫(11：00-17：00,40℃,6d)。结果表明：短期持续高温胁迫后叶肉细胞内脂质体、嗜锇颗粒增加；叶绿体肿胀变形、淀粉粒不充实；细胞核内染色质固缩；生物膜系统被破坏,尤其是叶绿体类囊体膜和线粒体内膜明显膨胀；另外,叶片光合结构的器质性损伤也导致叶片光合能力下降,主要表现为叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(Pn)和光系统Ⅱ的最大光化学速率(Fv/Fm)下降。而且,不同砂梨品种的叶片光合系统对短期持续高温胁迫的适应性存在差异,胁迫处理后‘翠冠’叶片中叶绿体的损伤率为55%,‘园黄’中为57%。长时间高温胁迫处理对叶肉细胞超微结构的损伤程度较轻,但是叶片净光合速率和光系统Ⅱ的最大光化学效率仍然有所下降。为了进一步探究不同砂梨品种对高温胁迫响应的差异性,以‘翠冠’和‘园黄’为材料在长时间高温胁迫条件下研究砂梨叶片的耐热机理。结果表明：高温胁迫后砂梨叶片中过氧化氢(H2O2)明显积累,丙二醛(MDA)含量显着增加,这说明高温胁迫下砂梨叶肉细胞的生物膜系统受活性氧伤害。高温胁迫后,酶促抗氧化系统中的抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性在‘翠冠’叶片中显着提高,而在‘园黄’叶片中变化不显着。从‘翠冠’叶片中分离得到6条APX同工酶基因,基于氨基酸序列构建APX系统发育树,发现APX同工酶按照其亚细胞定位分为叁个亚族,分别为胞质APX(cAPX)叶绿体APX(cpAPX,包括位于叶绿体基质中的sAPX和类囊体膜上的tAPX)和过氧化物酶体APX(pAPX).在扩增到的6条APX基因中,3个编码cAPX(pcAPX1、PpcAPX2和PpcAPX3),1个编码pAPX(PppAPX),2个编码cpAPX(PpsAPX和PptAPX)。在烟草瞬时表达系统中证实cAPX1和sAPX分别定位于细胞质和叶绿体中。在APX基因的启动子区域发现多种与胁迫反应相关的顺式作用元件,而且顺式作用元件的种类、位置和出现频率在不同成员间有所差异。另外,高温胁迫下,‘翠冠’叶片中PpcAPX2-3, PppAPX,PpsAPX和PptAPX的诱导表达与APX酶活性变化趋势一致,但是在‘园黄’叶片中APX基因成员的诱导表达模式不明显,这是造成砂梨品种耐热差异性的原因之一。为了进一步研究砂梨叶片耐热性形成的机制,本文在蛋白质组学的水平上研究亚高温锻炼和过氧化氢预处理对砂梨叶片耐热性形成的影响。高温胁迫后大多数下调表达差异蛋白均与光合作用和逆境应答反应有关,这说明高温胁迫后叶片光合作用受到抑制并启动逆境应答机制。高温胁迫后叶片中上调表达的蛋白主要为热激蛋白,包括Hsp17.5,Hsp17.8和Hsp70,而且热激蛋白的上调表达主要受热激转录因子HsfA2的调控。基于砂梨品种的耐热差异性,选择耐热性较差的‘园黄’梨为材料研究高温胁迫对果实品质形成的影响。结果表明：高温胁迫后,因叶片光合能力的下降,砂梨叶片中主要的光合作用产物山梨醇含量明显降低,这主要是由山梨醇合成代谢中依赖于NADP+的山梨醇-6-磷酸脱氢酶(S6PDH)活性降低和分解代谢中依赖于NAD+的山梨醇脱氢酶(NAD+-SDH)活性增加导致；而果实中只有NAD+-SDH活性略有下降。从‘园黄’材料中分离得到1个S6PDH基因(PpS6PDH)、3个NAD+-SDH基因(PpSDH1-3)和2个山梨醇转运蛋白(SOT)基因(PpSOT1-2),而且这些基因对高温胁迫具有组织特异性响应。高温胁迫后叶片中PpS6PDH的表达受到抑制但在果实中没有显着变化,叶片中PpSDH1和PpSDH3表达量增加使NAD+-SDH活性增强而果实中PpSDHl和PpSDH2的表达量下降使NAD+-SDH活性降低。高温胁迫下叶片中PpSOT2的表达量下降,这表明叶片中山梨醇的卸载过程受高温抑制。高温胁迫下,叶片及果肉中的蔗糖代谢也发生变化,叶片中伴随山梨醇合成代谢的减弱,蔗糖合成代谢增强,由此推测叶片中山梨醇合成代谢与蔗糖合成代谢可能存在此消彼长的关系,而且叶片及果肉中的蔗糖积累均是由蔗糖合成酶(SUS)和蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性增加引起的。
参考文献：
[1]. 不同耐热性小麦叶片超微结构及基因表达差异的研究[D]. 马晓娣. 中国农业大学. 2004
[2]. 油菜种子耐热性的鉴定及分子机理研究[D]. 高桂珍. 中国农业科学院. 2015
[3]. 瓜叶菊（Senecio×hybridus）对热胁迫的反应及耐热变异体的研究[D]. 于晓英. 湖南农业大学. 2006
[4]. 外源亚精胺缓解黄瓜幼苗高温胁迫伤害的生理调节机制和蛋白质组学研究[D]. 田婧. 南京农业大学. 2012
[5]. 葡萄幼苗与果实对温度逆境的交叉适应性及其细胞学机制研究[D]. 张俊环. 中国农业大学. 2005
[6]. 不结球白菜耐热性鉴定方法及其耐热基因片段克隆研究[D]. 胡俏强. 南京农业大学. 2011
[7]. 魔芋耐热性鉴定及热激蛋白HSP基因的克隆与初步分析[D]. 白立伟. 西南大学. 2016
[8]. 小麦耐热性鉴定方法及热胁迫应答机理研究进展[J]. 陈芳, 郑炜君, 李盼松, 于太飞, 刘生祥. 植物遗传资源学报. 2013
[9]. 外源亚精胺缓解高温胁迫下黄瓜幼苗叶绿素代谢的作用机理研究[D]. 周珩. 南京农业大学. 2016
[10]. 砂梨对高温胁迫的响应及耐热机理研究[D]. 刘冬峰. 浙江大学. 2014