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棉花耐盐与抗氧化的相关性及H_2O_2对抗氧化系统的调控

作　者: 李向前
导　师: 张富春
学　校: 新疆大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 棉花耐盐性抗氧化酶 H2O2 转录调控
分类号: S562
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

棉花（Gossypum hirsutum L.）具有一定的耐盐能力,但盐分过量会造成盐害,危害之一是导致氧自由基物质（ROS）含量增加,对棉花造成氧化胁迫。棉花能通过调控抗氧化酶系统如:超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）过氧化物酶（POD）的活性和一些抗氧化剂的合成,清除ROS以缓解盐害,因此棉花抗氧化性与耐盐性关系密切。但棉花抗氧化系统在盐胁迫下如何调控,抗氧化能力对棉花耐盐性的影响仍不明确。棉花在新疆具有重要战略地位,新疆有大面积盐碱地已经或可以开发为植棉土地。了解新疆主栽棉花品种的耐盐特点,明确抗氧化性在新疆棉花耐盐过程的作用,能够为棉花盐碱地植棉和耐盐碱品种繁育,提供理论依据。本研究以新疆主栽棉花品种,新陆早17、新陆中20、新陆中31、中棉35、中棉49为材料,通过在盐胁迫下生理指标的变化,探讨新疆棉花的耐盐特性。结果表明,盐胁迫下棉花各品种生长受到抑制,光合色素发生不同程度降解,电导率升高。但大部分棉花品种能够通过合成脯氨酸,上调抗氧化酶系统活性,提高叶绿素a/b值来减少盐胁迫造成的影响。多数主栽棉花品种具有一定的耐盐性,在150 mM NaCl胁迫4周后,新陆中20抗氧化酶活性和叶绿素a/b都较低,其生长受抑制程度最严重,仅为对照的26%。新陆早17和新陆中31抗氧化酶系统活性较高或较灵敏,光合效率因此维持较高水平（叶绿素a/b升高）,所以生长所受影响小。根据以上结果分析:新疆主栽品种虽然正常生长受到抑制,但活性上升的抗氧化酶能够及时清除叶绿体的ROS,减轻对光合色素的伤害,使得大部分棉花品种的光合效率提高,因此减轻了盐害影响。此外通过实验建立了一套棉花实验室水培体系,可为今后棉花相关实验提供优质材料,和有效的处理体系。为阐明抗氧化性对棉花耐盐性的影响,对新陆早17和中棉49两个棉花品种,在NaCl和氧化剂甲基紫精（MV）胁迫下的生理应答进行研究,以期阐明棉花抗氧化能力与耐盐性的关系。研究结果表明,在200 mM NaCl胁迫下,新陆早17相对电导率和MDA含量都低于中棉49,根部Na⁺含量和Na⁺/K⁺也都比中棉49低,说明其更耐盐。盐胁迫下两品种的离子调控方式类似,渗透调控对耐盐性未起决定作用,但抗氧化酶活性发挥了显著作用。在40μM MV胁迫下,新陆早17丙二醛（MDA）和ROS含量比中棉49低,而SOD、CAT和APX活性则高于中棉49,表明新陆早17抗氧化能力更强。因此,新陆早17抗氧化性强,盐胁迫下能通过上调抗氧化酶活性来提高其耐盐能力,而中棉49由于抗氧化性弱导致其耐盐性低于新陆早17。因此棉花抗氧化能力的高低,在一定程度上直接决定其耐盐性,可以作为区别新疆主栽棉花品种耐盐性的依据。棉花抗氧化性直接影响其耐盐性,但在棉花耐盐过程中的调控机制仍不清楚。实验以抗氧化酶系统较灵敏的新陆中31为材料,通过各种因素的处理,揭示了过氧化氢（H₂O₂）对抗氧化酶系统的调控机制。在用200 mM NaCl处理幼苗24 h过程中,细胞内H₂O₂含量随时间逐渐增大,同时增大的还有抗氧化酶活性及其编码基因的转录水平。但当盐诱导的H₂O₂被N-乙酰半胱氨酸（NAC）清除时,APX、SOD的酶活性,GhcAPX1、GhchlCSD和GhFeSOD的表达水平被显著抑制。这一结果表明H₂O₂参与这两个酶的调控,外源添加H₂O₂的实验进一步证实了这一推论。上述基因的表达和酶的活性均受到低浓度H₂O₂（小于0.5 mM）的诱导,但在高浓度（0.5到10 mM）下都受到抑制。通过分析发现,基因转录水平的变化是酶活性变化主导因素,因此H₂O₂能够通过调控GhcAPX1、GhchlCSD和GhFeSOD的表达量,来调节APX和SOD在盐胁迫下的活性。而POD与CAT的活性及GhCAT1、GhPOD1和GhMnSOD的转录都不受H₂O₂的调控。这种调控关系在长期盐胁迫下似乎同样存在,经过4周100和200 mM NaCl胁迫后,只有受H₂O₂调控的基因和酶活性不同程度上调,而不受H₂O₂调控的酶和基因,却呈现不变或下降的趋势。本研究通过实验认识了新疆主栽棉花品种耐盐的特性,分析出耐盐的主要原因是其抗氧化调节能力的增强,而抗氧化系统的主要酶APX和SOD都受到H₂O₂的调控,因此H₂O₂是棉花耐盐过程中的关键调控分子。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一部分文献综述  11-35
  第一章棉花耐盐机理研究进展  11-18
    1 盐胁迫对棉花造成的危害  11-12
    2 棉花耐盐机理  12-16
    3 提高棉花耐盐性方法  16
    参考文献  16-18
  第二章棉花抗氧化机理研究进展  18-31
    1 氧代谢与氧自由基物质的产生  19
    2 ROS 的作用与氧化危害  19-20
    3 棉花抗氧化机制  20-22
    4 棉花抗氧化酶系统水平检测技术  22-26
    5 棉花抗氧化系统与棉花抗逆  26-27
    参考文献  27-31
  第三章棉花抗氧化性与耐盐性关系  31-35
    1 盐胁迫与棉花抗氧化性的相互作用  31
    2 抗氧化与耐盐共同机制  31-32
    3 提高棉花抗氧化性与耐盐性的相互影响  32-33
    4 棉花耐盐与抗氧化研究中存在的问题  33-34
    参考文献  34-35
第二部分实验内容  35-87
  第一章新疆棉花主栽品种实验室栽培方法和耐盐特性  35-52
    1 材料与方法  36-40
    2 结果  40-47
    3 讨论  47-50
    参考文献  50-52
  第二章棉花抗氧化性对耐盐性的作用研究  52-65
    1 材料与方法  54-56
    2 结果  56-62
    3 讨论  62-64
    参考文献  64-65
  第三章过氧化氢对棉花抗氧化系统的调控  65-87
    1 材料与方法  68-72
    2 结果  72-80
    3 讨论  80-83
    参考文献  83-87
结论与展望  87-90
致谢  90

棉花耐盐与抗氧化的相关性及H_2O_2对抗氧化系统的调控

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