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巴丹吉林沙漠沙丘芦苇特有的一小分子溶质及其对逆境胁迫的适应意义

作　者: 浦铜良
导　师: 张承烈
学　校: 兰州大学
专　业: 植物学
关键词: 沙丘芦苇水生芦苇自然生境高温胁迫高光胁迫干旱胁迫相容性溶质渗透保护介质渗透介质抗氧化剂叶绿体叶绿素 ROS 清除剂多氨基芳香族化合物氧化伤害
分类号: Q945.78
类　型: 博士论文
年　份: 2000年
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内容摘要

干旱,高温,低温,高盐等胁迫环境施加于植物时,最为明显的共同点之一是引起植物细胞水分的丧失和氧化伤害,并伴有光合作用的下降。几乎所有生物抵抗非生物胁迫的方法之一是累积或大量累积一些不会干扰正常生化反应的相容性溶质(Compatiblesolutes),即文献中通常出现的渗透物质和渗透保护物质。这些溶质积累可降低细胞水势,增强吸水保水能力,和稳定生物膜和/或保护细胞大分子结构。我们用柱层析等手段从该沙漠地区沙丘芦苇叶片中分离提纯了一种为该生态型芦苇所特有的小分子化合物,分子量为Mr856,易溶于水、稀酸、稀碱和含水醇中,具有多氨基芳香族强极性特征和极强的UV(213nm)和UV-B(287,312nm)吸收,元素组成仅为C、H、O、N,其化学特征与已报道的逆境胁迫诱导累积的相容性溶质均不同。该化合物在叶片中的自然丰度与当地月平均气温和月极端高温为指标的生境高温程度之间呈显著相关性,在夏季高温时期,它在沙芦叶中含量可达0.5-0.6mg/g FW,但如按平均分布于细胞内计算,则其对细胞渗透势降低的作用十分有限(大约1.5mmol/L),可能不具有明显的渗透调节的功能。利用分步离心分离方法证明它大量存在于叶绿体以及类囊体组分中。在实验条件下,表明在高温下该化合物对叶绿体电子传递链的功能具有保护作用,在35 和40℃温度下,离体水芦叶绿体的Hill 放氧活性仅为25℃时的37 和18%左右,而同样条件下经其处理(200μg/ml)的水芦叶绿体仍能保持较高的光合放氧活性,分别为50 和33%。因此推测,该独特小分子化合物可作为一种渗透保护物质通过稳定和保护光合器官的功能等而赋予沙丘芦苇较强的抵御生境高温及干旱的能力,以适应沙漠地带恶劣的生长环境。研究还表明,与当地的水生芦苇比较,沙芦叶片内的多种ROS 清除酶类活力的配合处于一种失衡状态。较高的SOD 和较低的CAT、POD 等活性将导致容易形成.~OH。但沙芦所累积这一特有的小分子物质,有很强的直接清除.~OH 的作用,可高效率地清除胁迫条件下产生的.~OH 自由基,极大地抑制高温高光强下离体叶绿体的膜脂过氧化。在低浓度(200μg/ml)实验条件下的.~OH 清除效率远比已知的.~OH 清除剂甘露醇高。沙芦同时还通过显著地降低叶片叶绿素含量(单位叶面积基础)以减少高光强下光能的摄入,从而

全文目录

关键词、缩写词  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
一、前言  10-26
  植物生理学的位置  10
  胁迫含义  10-11
  生态型产生  11
  自然环境与抗性研究  11-12
  ROS 的产生与清除  12
  S0D  12-13
  APX  13-14
  CAT  14
  水-水循环及其意义  14-16
  耗散多余能量途径的相对意义  16-17
  非酶的抗氧化剂  17-18
  相容性溶质  18-20
  甘氨酰甜菜碱  20-21
  甘露醇  21-22
  脯氨酸  22
  其它溶质及其意义  22-23
  溶质累积的亚细胞分布  23-24
  相容性溶质的不相容性  24-26
二、芦苇生态型和沙丘芦苇特有溶质的发现与分离方法的确定  26-32
  不同生态型芦苇及其生境特征  26-27
  沙丘芦苇及移栽实验  27
  沙芦叶片特有溶质的发现  27-28
  提纯、鉴定方法  28
  四谱测定  28-29
  沙芦特有溶质的化学特征结果  29-31
  初步结构结论  31-32
三、沙丘芦苇特有小分子溶质对叶绿体的逆境保护效应  32-39
  材料与方法  33
  结果  33-37
    芦苇生长环境和沙芦特有小分子物质的生态型分布与季节含量变化  33-35
    PAAC 亚细胞分布和对叶绿体光合电子传递链的影响  35-36
    人为高温胁迫下沙芦和水芦及经PAAC 处理后水芦叶绿体Hill 放氧活性差别  36
    PAAC 对离体叶绿体活性稳定性的影响  36-37
  讨论  37-39
四、沙丘芦苇特有小分子化合物的逆境保护机理探索及抵御环境高温高光强下氧化伤害的策略  39-46
  材料与方法  40-41
  结果  41-44
    不同生境中不同生态型芦苇叶片叶绿素含量  41
    不同芦苇叶片主要ROS 清除酶类活性  41-42
    沙芦特有溶质对强光照射下叶绿体膜脂过氧化的抑制作用  42-43
    沙丘芦苇特有溶质对由外源.OH 引起膜脂过氧化的保护作用  43
    沙丘芦苇特有溶质(PAAC)对.OH 的直接清除作用  43-44
  讨论  44-46
五、参考文献  46-57

巴丹吉林沙漠沙丘芦苇特有的一小分子溶质及其对逆境胁迫的适应意义

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