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干旱是农作物生长的重要限制因素,每年因缺水给稻米生产带来巨大损失。水稻幼苗对干旱胁迫十分敏感,当水分亏缺时光合作用会迅速受抑制。本文以水稻日本晴(Osativa L.ssp.japonica cv.Nipponbare)为材料开展了幼苗干旱生理学研究,并建立完善了幼苗叶绿体蛋白质组学研究的实验技术方法,取得如下结果：
⑴将水培10天(10 d)的幼苗置于20％PEG-6000中时,植株会出现干旱胁迫症状。首先是叶尖和叶缘出现卷曲,到48h叶片完全包裹起来,第三叶出现干枯现象；幼苗根部变为暗黄色,且颜色不断加深,甚至出现坏死。幼苗相对含水量(RWC)持续下降,尤其是地上部分RWC下降显著,处理24h和48h后分别出现中度和重度胁迫。水势测定表明,叶片、叶鞘水势在24h和48h也都发生显著下降。叶绿素含量分析发现,单位叶片鲜重的叶绿素a、叶绿素b含量随干旱胁迫时间的延长而持续增加,而叶绿素a/b比值明显下降,暗示着色素蛋白活性和光合能力受到严重影响。进一步测定证实,PSⅡ原初光能转化效率(Fv/Fm)、全部光合量子产量(Yield)以及光合电子传递速率(ETR)等一系列光合生理指标明显下降,尤其是光合电子传递速率,干旱处理48h时几乎完全停止。
⑵为了深入研究干旱对光合作用影响的蛋白质分子机制,优化建立了幼苗叶绿体亚细胞蛋白质组学实验方法。即运用差速离心和Pcrcoll非连续密度梯度离心,获得水稻幼苗叶片的完整叶绿体,通过荧光显微镜观察、SDS-PAGE检测和过氧化氢酶活性测定,确认叶绿体的完整性和纯度,进行蛋白质组学解析。结果表明,每100 g水稻幼叶可得约400μg完好叶绿体,其纯度达90％。提取叶绿体可溶性全蛋白,经聚丙烯凝胶双向电泳后得到二维蛋白质组表达谱,共检测到781个清晰的蛋白点,随机选取其中10个丰度较高的蛋白点进行MALDI-TOF质谱分析,发现这些蛋白都定位于叶绿体中,且与叶绿体的结构和功能相关。