铜锌超氧化物歧化酶和抗坏血酸氧化酶基因甘薯幼苗的冷后恢复

铜锌超氧化物歧化酶和抗坏血酸氧化酶基因甘薯幼苗的冷后恢复

0粮食、饲料、工业原料和生物能源利用作物[研究意义]甘薯是世界上重要的粮食、饲料、工业原料和生物能源作物之一。随着全球人口猛增、耕地剧减和灾害日趋频繁,亚、非、拉一些国家以扩大甘薯生产来解决粮食和能源危机问题1材料和方法1.1诱导性启动子诱导抗氧化酶基因表达供试材料为韩国生命工学研究院提供的以SWPA2为诱导性启动子启动的、在叶绿体中同时表达Cu/ZnSOD和APX抗氧化酶基因的甘薯盆栽植株和非转基因对照株(IpomoeabatatasL.)1.2叶绿素荧光参数测定光合速率用LI-6400光合仪测定,叶绿素荧光参数用德国WALZPAM叶绿素荧光仪测定。丙二醛(MDA)、电解质外渗透率、叶绿素含量测定参照高俊凤2结果2.1甘薯幼苗生长状况分析于冷胁迫处理后2h观察转基因与非转基因甘薯幼苗的生长状况,如图1所示。从图中看出,无论是转基因还是非转基因植株,以及是否经过1.0mmol·L2.2冷暴酶系统检测在冷胁迫后2h和26h分别对各处理组中的甘薯叶片进行生理检测,测得的膜透性、丙二醛(MDA)含量、APX、SOD、CAT这3种抗氧化酶活性及类胡萝卜素抗氧化剂含量变化情况如图2所示。在对照组中(CK组),植株的膜透性、MDA及类胡萝卜素含量和上述3种抗氧化酶活性在转基因与非转基因两类植株间均没有表现出显著差异。在冷胁迫后2h时,转基因植株叶片膜透性和MDA含量与对照(CK)没有显著差异,且均显著低于非转基因植株,而非转基因植株叶片膜透性和MDA含量则显著大于其在CK组中的值;转基因与非转基因植株的APX、CAT酶活性都显著降低,SOD酶活性则没有显著的变化,然而类胡萝卜素含量则表现出在转基因植株中显著提升而在非转基因植株中则显著降低的特性。到胁迫后26h时,转基因植株的膜透性和MDA含量都较2h时得到了显著提升,且均大于其在CK组中的值,非转基因植株仅MDA含量有所提高而膜透性较2h时没有显著变化;两类植株的APX、CAT酶活性较2h时都得到显著提升,且表现出转基因植株提升程度显著大于非转基因植株的特性,而SOD酶活性以及类胡萝卜素含量则没有显著变化。2.3对气孔导度的影响从图3看出,在对照组中(CK组),植株叶片的光合色素(叶绿素a,叶绿素b)含量,叶绿素荧光参数(Fv/Fm)以及各个光合作用指标(Pn,Trim,Cond)在转基因与非转基因植株间没有表现出显著差异,但两类植株的光合速率、蒸腾速率以及气孔导度在胁迫后2h时较26h时相对较高,可能由于前后两次光合测定时的环境条件有细微变化造成。在冷胁迫处理后2h时,转基因植株的叶绿素a、叶绿素b含量与其在CK组没有显著的变化,而非转基因植株的叶绿素a含量则显著下降,这两类植株的叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Trim)、气孔导度(Cond)以及叶绿素荧光参数Fv/Fm值较其对照组(CK)的值均显著降低,但在两类植物间没有表现出显著差异。到胁迫后26h时,转基因植株的两种光合色素含量较2h时没有显著变化,而非转基因植株的叶绿素a、叶绿素b含量较2h时则显著下降,尤其是叶绿素b更显著地低于其在CK组中的含量;此时,经历冷处理的两类植株的光合速率、蒸腾速率、气孔导度都得到了较大程度的恢复,但仍都低于CK处理中的水平,而叶绿素荧光参数Fv/Fm值则恢复到其在CK组中的水平。2.4不同预处理对冷却系统中cat、apx酶活性的影响图4显示了叶片喷施过氧化氢对转基因与非转基因两类植株冷胁迫后的膜透性与抗氧化酶体系的影响情况。在冷胁迫处理后2h时,与未预处理实验组比较,用过氧化氢预处理显著降低了非转基因甘薯幼苗叶片的MDA含量,但也降低了其CAT、APX酶活性;转基因甘薯幼苗的类胡萝卜素的含量以及SOD、APX酶活性也得到了降低。到胁迫后26h时,非转基因植株的MDA含量显著低于未预处理实验组,而CAT酶活性也相对较低,但类胡萝卜素含量以及APX酶活性则显著增加;转基因植株的MDA含量以及膜透性均显著低于未预处理实验组,但类胡萝卜素含量以及CAT酶活性也相对较低,而SOD、APX酶活性则相对较高。总得看来,在冷胁迫后植株的膜透性与抗氧化酶的活性在两类植株上都表现出随着冷后恢复过程而逐渐升高的特性,且在冷胁迫前用过氧化氢预处理没有影响这一变化趋势,但预处理对转基因植株的影响程度显著大于其对非转基因植株。2.5不同预处理组患者的荧光参数从图5看出,在冷胁迫处理后2h时,与未预处理实验组比较,用过氧化氢预处理的非转基因甘薯幼苗的叶绿素a含量相对较高,叶绿素荧光参数Fv/Fm值同转基因植株一样均相对较低,而其他的叶片光合速率(Pn),蒸腾速率(Trim),气孔导度(Cond)这些光合指标则没有表现出显著差异。到胁迫后26h时,非转基因植株的叶绿素a与叶绿素b的含量均显著高于非预处理组,且光合速率跟转基因植株一样也相对较高。总的看来,预处理非转基因植株的影响程度显著大于其对转基因植株,主要表现在光合色素的保护方面。3讨论3.1冷胁迫对光合速率的影响在冷胁迫处理后,冷敏感植物的生物膜由液晶态转变为凝固态,膜收缩,出现裂缝或者通道,通透性增加,各细胞器中的无机离子(如Ca冷胁迫处理后,两类甘薯幼苗的光合速率均显著降低,主要有如下两方面原因:一是由于冷胁迫后,叶片气孔导度显著减小,气体交换受阻;另一方面由于冷胁迫使叶绿体中的光合电子传递链受到活性氧的破坏(即Fv/Fm值的显著降低),导致光合电子传递效率降低,同时光合色素因活性氧的破坏发生降解,含量下降,使叶片获取光电子的能力也显著下降。在经历26h的室温恢复后,由于幼苗的光合电子传递链得到修复,气孔导度显著增加,因而光合速率明显增强。Tang等3.2羽毛喷雾剂hPras