论文部分内容阅读
有效减轻酸雨对农林业生产的制约一直是众多研究者的目标。除从源头防控减污外，利用生物学技术增大植物耐污幅度成为新的有效防御措施之一。而研究植物体内关键酶或蛋白对逆境的应激适应性是提高植物抗逆性的必要前提。质膜H~+-ATPase是植物细胞的“主宰酶”，本文采用两相纯化、聚丙烯酰胺凝胶电泳及Real-time PCR等实验方法研究酸雨胁迫对水稻质膜H~+-ATPase活性及其同工酶和基因表达的影响，旨在揭示H~+-ATPase活性变化的分子机制，为清晰植物耐受酸雨胁迫机理提供新的思考方向。主要研究结果如下：(1)不同酸雨处理5d后(胁迫期)，较之CK，强酸雨处理(pH3.0~2.5)组，胞内pH降低、质膜损伤、光合和生长受抑，不同在于pH2.5酸雨组质膜H~+-ATPase活性显著受抑，pH3.0组质膜H~+-ATPase活性升高；胁迫解除后恢复5d(恢复期)，强酸雨组H~+-ATPase活性升高且增幅大于胁迫期，胞内pH、光合和生长的降幅小于胁迫期，质膜损伤减小，显示出一定的适应性。弱酸雨(pH5.5~3.5)胁迫下，质膜H~+-ATPase活性升高，胞内pH降低，质膜未遭明显损伤，光合和生长的降幅低于强酸雨胁迫组；而恢复期，H~+-ATPase活性应激持续升高，胞内pH、光合和生长低于CK，但降幅小于强酸雨组和胁迫处理组，质膜未遭明显损伤，显示出水稻较好的抗逆适应性。可见，质膜H~+-ATPase活性变化与植物对酸雨的耐受性相关。(2)分析质膜H~+-ATPase活性变化与同工酶变化的关系发现，在胁迫期，强酸雨组(pH2.5)质膜H~+-ATPase的酶浓度显著降低，弱酸雨组(pH5.5和pH4.0)酶浓度升高；对照组(pH7.0)只有4条同工酶条带(R2、R3、R4、R5)，酸雨处理组同工酶R1、R2、R3、R4、R5都表达，其中R1、R2、R3、R5表达量显著高于对照组(除pH2.5组R5增幅不显著外)，而R4表达量降低。进一步对比同工酶酶浓度及表达量发现，随着酸雨酸度的增加，同工酶的酶浓度及表达量增加/降低幅度增大，导致质膜H~+-ATPase活性随着酸雨酸度的增加/降低幅度增大。恢复期，与胁迫期相比，酶浓度与同工酶表达量的变化近似，不同在于强酸雨组(pH2.5)质膜H~+-ATPase的酶浓度显著升高，促进了pH2.5组质膜H~+-ATPase活性的升高。可见，酸雨胁迫下水稻幼苗质膜H~+-ATPase的酶浓度及同工酶表达量的变化调节质膜H~+-ATPase活性的变化，从而增强了植物对酸雨逆境的适应性。(3)分析质膜H~+-ATPase活性变化与基因表达量之间关系发现，胁迫期，pH2.5组质膜H~+-ATPaseⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ家族基因表达皆减弱，导致质膜H~+-ATPase活性下降，在恢复期，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ家族基因及Ⅰ家族OSA1和Ⅱ家族OSA7基因表达均显著上调，质膜H~+-ATPase活性升高；弱酸雨(pH5.5和pH4.0)组，在胁迫期和恢复期，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ家族基因(OSA4、OSA6、OSA8、OSA9、OSA10)的表达随着酸雨胁迫强度的增大呈增强趋势，质膜H~+-ATPase活性升高，增强水稻幼苗对低强度酸雨胁迫的适应性。因此，酸雨胁迫下水稻幼苗质膜H~+-ATPase基因表达量的变化调节质膜H~+-ATPase活性的变化，从而抵抗酸雨胁迫。总结酸雨胁迫下水稻质膜H~+-ATPase活性及其同工酶和基因表达的变化可知，酸雨胁迫下水稻质膜H~+-ATPase活性的改变是质膜H~+-ATPase同工酶和基因表达共同调节的结果，质膜H~+-ATPase同工酶R1、R2、R3及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ家族基因响应酸雨胁迫高量表达，泵运H~+的活力增强，促进质膜H~+-ATPase活性的提高，增强了植物对酸雨逆境的适应性。