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水稻种子人工老化过程中抗氧化系统的变化

作　者: 宋超
导　师: 卢新雄
学　校: 中国农业科学院
专　业: 作物种质资源学
关键词: 水稻种子活性氧抗氧化系统同工酶基因表达
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

衰老的自由基假说已经被提出很多年，前人研究认为，活性氧的产生和清除的失衡是引起种子老化的主要原因，抗氧化系统对于种子维持生命力至关重要。因此，开展种子老化和萌发过程中抗氧化系统的研究有助于揭示种子老化机理。本研究以人工老化的不同生活力的水稻(Oryzasativa L. indica)品种“晚华11选”种子为实验材料，从活性氧含量、抗氧化剂含量、抗氧化酶活性、同工酶谱和同工酶基因动态表达等方面，分析人工老化过程中水稻种子抗氧化系统的变化，以期从分子水平揭示种子老化机理，为种质资源的安全保存提供理论指导。主要研究结果如下：1.水稻种子在人工老化过程中ROS未大量产生，而在萌发早期含量上升。老化过程中，O.-2产生速率只有发芽率为52%的老化种子高于CK，H2O2含量在老化的种子中也未显著上升，原因可能是种子中酶促和非酶促产生的ROS有限，而且种子中的抗氧化系统仍发挥作用，使ROS含量维持在一个较为稳定的水平。萌发过程中，O.-2产生速率和H2O2含量在萌发早期快速上升，推测是萌发早期代谢恢复而细胞未完成修复，导致ROS的大量产生，老化种子O.-2产生速率明显升高，CK种子中H2O2含量在萌发后期高于老化种子，说明人工老化对种子产生影响，而这种影响在萌发过程中得以显现。2.种子老化过程中氧化型DHA和GSSG含量升高，还原型ASC含量不变，还原型GSH含量下降，导致ASC/DHA和GSH/GSSG比值下降，老化可能影响了种子中ASC和GSH的抗氧化能力。在萌发过程中，CK种子中还原型ASC和GSH含量快速上升，而老化种子中这两种抗氧化剂含量上升较慢，推测老化影响了萌发过程中ASC和GSH的生物合成，而ASC和GSH与种子萌发密切相关。干种子中DHAR酶活性相对较高，而在萌发过程中下降，推测在萌发的早期阶段DHA的还原作用是少量ASC的来源，萌发过程中ASC的生物合成比DHA的还原更能有效地为种子提供ASC。3.种子老化过程中CAT和DHAR活性下降，其它抗氧化酶活性变化不显著；在种子萌发过程中CAT、APX和MDHAR以及DHAR活性与种子活力密切相关，高活力的种子对应高的酶活性，但是酶活性的变化趋势并不一致，在萌发过程中CAT、APX和MDHAR活性升高而DHAR降低。4.各抗氧化酶同工酶谱表现与酶活性一致，在水稻种子萌发过程中，SOD、CAT、APX和GR都有新的带型出现，而且CAT和APX同工酶谱表现与种子活力非常一致。5.老化导致17种抗氧化酶基因mRNA丰度降低，APX6、APX7、DHAR和GR2同工酶基因mRNA丰度保持不变而APX1有所增加。在种子吸水萌发过程中，大部分基因在萌发早期mRNA丰度增加，而且种子活力越低增加越明显，老化导致吸胀早期mRNA丰度激增的原因未知。低活力种子基因表达在萌发过程中的变化一般滞后于高活力种子，推测老化影响了mRNA合成能力。与种子活力变化规律一致的基因有CAT1、APX1、APX2、APX5、APX6、CuZnSOD1、DHAR和MDHAR1，高活力的种子这些基因的mRNA表达丰度也高，结合种子中抗氧化酶的活性分析，推测这些基因的表达与种子活力有关。6.综上，本研究认为CuZnSOD1同工酶基因、CAT酶及其基因CAT1，APX酶及其基因APX1、APX2、APX5和APX6，DHAR酶及其基因DHAR、MDHAR酶及其基因MDHAR1，以及种子中还原型ASC含量和GSH与种子老化和活力密切相关。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-15
第一章文献综述  15-23
  1.1 自由基老化理论  15-18
    1.1.1 活性氧的种类  15-16
    1.1.2 活性氧的产生部位和过程  16
    1.1.3. 活性氧的生理作用  16
    1.1.4 种子老化过程中活性氧的氧化机制  16-18
  1.2 种子中主要的抗氧化系统  18-21
    1.2.1 种子中主要的抗氧化酶  19-20
    1.2.2 种子中主要的抗氧化剂  20
    1.2.3 种子中抗氧化系统变化  20-21
  1.3 研究目的、内容及技术路线  21-23
    1.3.1 研究目的  21
    1.3.2 研究内容  21-22
    1.3.3 技术路线  22-23
第二章材料与方法  23-31
  2.1 实验材料与处理  23
    2.1.1 实验材料  23
    2.1.2 种子老化处理  23
    2.1.3 种子吸水处理  23
  2.2 活力与生活力测定  23
  2.3 活性氧提取及含量的测定  23-24
    2.3.1 超氧阴离子 O -2产生速率测定  24
    2.3.2 H2O2含量测定  24
  2.4 抗氧化剂提取及含量测定  24-25
    2.4.1 抗坏血酸含量测定  24-25
    2.4.2 谷胱甘肽含量测定  25
  2.5 抗氧化酶提取及活性测定  25-26
  2.6 抗氧化酶同工酶电泳  26-27
  2.7 抗氧化酶同工酶基因的相对定量  27-31
    2.7.1 水稻种子中 RNA 提取  27
    2.7.2 反转录  27-28
    2.7.3 引物合成  28
    2.7.4 Real-time PCR  28-31
第三章结果与分析  31-50
  3.1 老化过程中水稻种子生活力的变化  31
  3.2 老化和萌发过程中水稻种子 ROS 含量的变化  31-32
    3.2.1 种子中 O –2产生速率的变化  31-32
    3.2.2 种子中 H2O2含量的变化  32
  3.3 老化和萌发过程中水稻种子抗氧化剂含量的变化  32-35
    3.3.1 种子中 ASC 和 DHA 含量的变化  32-34
    3.3.2 种子中 GSH 和 GSSG 含量的变化  34-35
  3.4 老化和萌发过程中水稻种子 SOD 的变化  35-38
    3.4.1 种子中 SOD 酶活性的变化  35
    3.4.2 种子中 SOD 同工酶谱的变化  35-36
    3.4.3 种子中 SOD 同工酶基因表达的变化  36-38
  3.5 老化和萌发过程中水稻种子 CAT 的变化  38-41
    3.5.1 种子中 CAT 酶活性的变化  38
    3.5.2 种子中 CAT 同工酶谱的变化  38-39
    3.5.3 种子中 CAT 同工酶基因表达的变化  39-41
  3.6 老化和萌发过程中水稻种子 APX 的变化  41-45
    3.6.1 种子中 APX 酶活性的变化  41
    3.6.2 种子中 APX 同工酶谱的变化  41-43
    3.6.3 种子中 APX 同工酶基因表达的变化  43-45
  3.7 老化和萌发过程中水稻种子 DHAR 的变化  45-46
    3.7.1 种子中 DHA 酶活性的变化  45
    3.7.2 种子中 DHAR 同工酶基因表达的变化  45-46
  3.8 老化和萌发过程中水稻种子 MDHAR 的变化  46-47
    3.8.1 种子中 MDHAR 酶活性的变化  46
    3.8.2 种子中 MDHAR 同工酶基因表达的变化  46-47
  3.9 老化和萌发过程中水稻种子 GR 的变化  47-50
    3.9.1 种子中 GR 酶活性的变化  47-48
    3.9.2 种子中 GR 同工酶谱的变化  48-49
    3.9.3 种子中 GR 同工酶基因表达的变化  49-50
第四章讨论  50-55
  4.1 水稻种子老化过程中 ROS 和抗氧化系统的变化  50-51
  4.2 水稻种子萌发过程中 ROS 和抗氧化系统的变化  51-55
第五章全文结论  55-56
参考文献  56-63
致谢  63-64
作者简历  64

水稻种子人工老化过程中抗氧化系统的变化

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