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血红素加氧酶与还原型谷胱甘肽对高铁诱导的水稻离体叶片氧化胁迫的调节及相互关系

作　者: 吴亭亭
导　师: 沈文飚
学　校: 南京农业大学
专　业: 生物化学与分子生物学
关键词: 水稻离体叶片 血红素加氧酶 还原型谷胱甘肽 铁毒
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


铁是高等植物细胞内多种蛋白的重要组成部分,参与了植物的光合作用和呼吸作用。众所周知,过量铁能产生氧化胁迫,破坏植物脂肪、蛋白质和DNA等的结构,影响植物生长。血红素加氧酶(HO)是细胞内维护自身稳定,实现细胞保护的重要酶类。还原型谷胱甘肽(GSH)则是细胞内主要的抗氧化物质,能够缓解植物的氧化损伤。因此,本研究拟探讨Fe3+胁迫下水稻离体叶片HO与GSH在过量Fe3+胁迫下的相互关系及其可能的抗氧化机制。受铁胁迫,水稻离体叶片内铁含量、脂质伤害呈浓度依赖性递增关系。半定量RT-PCR结果显示,水稻离体叶片经0、50、100和500μmol L-1浓度的柠檬酸铁(Fe3+)胁迫处理后,HO-1基因表达量及其蛋白含量随铁浓度上升而增加。例如,500μmol L-1Fe3+胁迫处理(9h)后,水稻离体叶片脂质过氧化水平及HO的活性均得到显著的提高(P<0.05)；较高浓度铁(1000μmol L-1)不仅抑制了HO的活性,而且使HO-1基因表达量及其蛋白含量有所下调,且低于对照处理(Con)水平。本实验进一步选取500μmol L-1 Fe3+(?)作为后继实验的胁迫浓度。实验还发现,受不同浓度Fe3+胁迫,水稻离体叶片GSH含量与胁迫浓度呈负相关；添加外源GSH预处理(3 h)发现,GSH不仅阻断了Fe3+胁迫引起的HO-1基因表达及其蛋白含量的增加,而且抑制了HO活性的上升；GSH生物合成抑制剂丁胱亚磺酰亚胺(BSO)可以阻断GSH的作用。进一步实验表明,外源HO-1活性诱导剂Hemin预处理3h后转入Fe3+胁迫则能够适度逆转水稻离体叶片内GSH含量的下降趋势,并因此而增强离体叶片的抗氧化能力。此外,Hemin预处理阻断了Fe3+胁迫引起的叶片HO活性的上升；同时,Fe3+胁迫引起的HO-1基因表达量及其蛋白含量的增加也有明显下调。抗氧化酶活性的检测结果发现,Fe3+胁迫能够引起水稻离体叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的增加,Hemin预处理则能够明显逆转Fe3+胁迫引起的APX活性的上升趋势。然而, Hemin预处理的Fe3+胁迫叶片(Hemin→Fe)GR和GPX活性都有所增加,谷胱甘肽S转移酶(GST)的活性却低于Fe3+胁迫水平。上述实验结果进一步被水稻离体叶片内过氧化氢(H2O2)的积累情况证实。综上,我们通过药理学和分子生物学实验,研究了外源Fe3+对水稻离体叶片的胁迫作用,发现HO与GSH可能具有相互作用,共同参与了水稻离体叶片抵抗铁毒的抗氧化防护。

全文目录


摘要  6-8ABSTRACT  8-10缩略语词汇表  10-11第一章 文献综述  11-21  一、铁和铁毒  11-16    1. 铁在植物中的吸收和运输机理  11-12    2. 铁对植物的毒害机理  12-13    3. 铁毒对植物生长及某些生理性状的影响  13      3.1 铁毒对植物生长及叶绿素含量的影响  13      3.2 脂肪、蛋白质和DNA受损  13    4. 植物对铁毒的耐性及解毒机理  13-16      4.1 根的拒铁作用及叶片的抗铁毒作用  13-14      4.2 细胞中的抗铁毒机理  14-16        4.2.1 植物铁蛋白的诱导及其功能  14-16        4.2.2 高铁诱发的毒性产物清除剂  16  二、血红素加氧酶研究进展  16-19    1. HO-1的生理功能  17-18    2. 铁与HO的关系  18-19  三、还原型谷胱甘肽研究进展  19-20    1. GSH的结果特征  20    2. GSH的生理功能  20  四、本研究的目的和意义  20-21第二章 血红素加氧酶与还原型谷胱甘肽对高铁诱导的水稻离体叶片氧化胁迫的调节及相互关系  21-43  一、材料与方法  21-25    2-1 植物材料和生长条件  21    2-2 试剂  21    3-3 材料处理  21    2-4 叶绿体的分离  21-22    2-5 测定方法  22-24      2-5-1 TBARS含量测定  22      2-5-2 铁含量测定  22      2-5-3 蛋白含量测定  22      2-5-4 GSH/GSSG测定  22      2-5-5 APX活性测定  22-23      2-5-6 SOD活性测定  23      2-5-7 HO活性测定  23      2-5-8 GR活性测定  23      2-5-9 GPX活性测定  23      2-5-10 GST活性测定  23-24    2-6 HO-1 Western blot分析  24    2-7 H_2O_2组织化学定位  24    2-8 RT-PCR半定量分析  24-25    2-9 统计分析  25  二、结果与分析  25-38    2-1 不同浓度Fe~(3+)以浓度依赖性影响水稻离体叶片Fe、TBARS和GSH的含量  25-26    2-2 不同浓度Fe~(3+)胁迫引起HO的表达  26-28    2-3 500 μmol L~(-1)Fe~(3+)胁迫下HO、SOD、APX、GR、GPX和GST活性的时间进程变化  28-29    2-4 GSH降低Fe~(3+)胁迫叶片TBARS含量的同时还降低其内源HO的表达  29-31    2-5 GSH生物合成抑制剂BSO阻断GSH对Fe~(3+)胁迫叶片产生的作用  31-33    2-6 HO-1活性诱导剂Hemin逆转Fe~(3+)胁迫对HO活性的影响  33-35    2-7 Hemin预处理影响内源GSH含量及GSH相关酶的活性  35-37    2-8 H_2O_2组织化学染色  37-38  三、讨论  38-43    3-1 Fe~(3+)胁迫引起氧化伤害  39    3-2 GSH在Fe~(3+)胁迫下起调节作用  39-40    3-3 HO参与Fe~(3+)胁迫下的抗氧化反应  40    3-4 HO与GSH的关系  40-41    3-5 总结  41-43参考文献  43-49致谢  49

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 稻
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