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叶片是水稻光合作用的主要器官,水稻生育后期功能叶提早衰老,会导致源器官向库器官的同化产物供应不足,严重影响水稻产量潜力的充分发挥,因此研究延缓水稻功能叶衰老的起始或者推迟叶片衰老的速率,对提高水稻产量和品质都具有重要意义。本研究利用叶片早衰突变体(premature senescence at filling stage,psf)与其野生型对照(浙恢7954)为材料,通过在水稻生育后期旗叶叶片衰老过程中的动态取样,并结合离体叶片的外源诱导(或抑制)衰老处理,对水稻叶片衰老过程的相关代谢生理变化进行了研究分析,并重点探讨了水稻叶片衰老过程与叶片器官中的光系统Ⅱ(PSⅡ)D1蛋白损伤、抗氧化保护酶系统及ABA激素调控代谢之间的生理联系,主要研究结果如下:1、对水稻叶片早衰与产量品质之间关系的研究结果表明,水稻生育后期旗叶早衰不仅会引起水稻结实率和千粒重的显著降低,而且会导致其稻米糙米率、精米率和整精米率的显著降低,尤其是整精米率下降明显。与此同时,水稻叶片早衰突变体psf的垩白粒率和垩白度显著高于其相同种植条件下的野生型对照,且叶片早衰程度越严重,稻米垩白米粒和垩白度的增幅越大。此外,水稻生育后期叶片早衰突变对稻米蒸煮食味品质也有一定影响。与野生对照相比,早衰突变体psf的直链淀粉含量有所降低,但稻米淀粉的糊化热焓(ΔH)明显上升,而DSC糊化温度则因播期变化而异,规律性不明显。水稻后期旗叶衰老对稻米营养品质的影响表现为,叶片早衰会导致稻米中的总蛋白、植酸和Zn含量的提升,但Zn的生物有效性明显降低。2、早衰突变体psf的叶片早衰症状及其衰老进程受光照因素的诱导,且与叶片中的内源ABA含量之间存在密切关系。与野生型相比,早衰突变体衰老叶片中ABA含量显著高于其野生型对照。遮光处理可以明显的减轻甚至抑制早衰突变体叶片早衰症状的发生,与此同时,遮光部位叶片的内源ABA含量也显著降低;对ABA诱导的叶片衰老与叶片光合生理功能之间的关系研究结果,ABA参与的叶片衰老速率变化与PSⅡ反应中心的光损伤和D1蛋白周转密切相关,随着叶片ABA含量的上升,调控D1蛋白生物合成基因以及PSⅡ光反应中心蛋白损伤修复关键基因(psbA、psbB、psbC和OsFtsH2)显著下调表达,从而导致衰老叶片中的D1蛋白合成减少进而影响PSII的损伤修复过程。其中,ABA对D1蛋白重新合成和光损伤D1蛋白修复的抑制是ABA调控叶片衰老的两个关键步骤。在ABA介导的叶片衰老过程中,OsFtsH2基因是调控D1蛋白周转和PSII损伤修复过程中最重要的基因之一,其主要负责对PSII损伤修复过程中光损伤D1蛋白的降解。3、对早衰突变体叶片衰老过程中的活性氧(ROS)产生与抗氧化保护酶活性的测定结果,早衰突变体psf叶片中的叶绿素含量和叶绿素a/b值要低于其野生型对照,但前者的ROS水平则显著高于后者,且在早衰突变体psf的叶片衰老过程,超氧阴离子(O2·-)和过氧化氢(H202)的显著提升时间比其叶绿素含量及叶绿素a/b显著下降时间要相对更早,表明ROS爆发是引起psf叶片衰老起始和加速的重要原因;对早衰突变体psf与野生型对照叶片中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化物酶(POD)活性的比较结果显示,早衰突变体psf叶片的SOD、CAT和APX活性低于其野生对照,但POD活性却表现出相反的变化趋势,早衰突变体psf叶片高于野生对照,且随着叶片衰老进程的加剧而上升,与叶片衰老过程中的O2·-产生速率呈显著正相关,表明在叶片衰老过程中POD可能主要是起氧化损伤作用,而不是起抗氧化保护酶的功能;在各种SOD的同工酶中,Mn-SOD对O2·-产生速率的上升表现的最为敏感,而Cu/Zn-SOD同工型在叶片衰老过程中表现相对稳定,揭示早衰突变体叶片衰老过程中的SOD活性降低可能主要源于Mn-SOD同工型的降低,从而使SOD抗氧化保护酶系统崩溃并最终导致叶片的加速衰老,而不同Cu/Zn-SOD同工型则是对不间亚细胞器中O2·-的清除发挥作用。4、早衰突变体psf的衰老症状显现及衰老进程与其叶片中的糖类物质含量也存在密切联系,早衰突变体psf旗叶中的可溶性糖、蔗糖和己糖(果糖+葡萄糖)含量均显著低于其野生型对照,且在叶片衰老过程中均呈大幅的下降趋势。这表明早衰突变体psf叶片的衰老与糖饥饿有关。离体叶片的糖饥饿处理试验结果表明,糖饥饿会诱发叶片衰老和加速叶片衰老的进程,且糖饥饿诱导的叶片衰老变化与叶片中的ABA含量有关,糖饥饿会引起叶片中ABA含量的显著上升,而外源糖供应处理离体叶片在显著延缓叶片衰老进程的同时,也抑制了叶片ABA含量的上升。对糖饥饿和外源蔗糖供应处理下ABA合成与分解代谢若干关键调控基因的转录表达检测结果,糖饥饿可引起ABA合成代谢关键基因(NCED1、NCED4和NCED5)下调表达,同时也抑制了对ABA分解起关键调控作用的相关基因(ABA8ox2和ABA8ox3)的转录表达,但这种抑制可以通过外源糖供应得到逆转,外源蔗糖处理不仅可以显著诱导NCED1、NCED4和NCED5的上调表达,而且也可以诱导对ABA分解起关键调控作用的ABA8ox2和ABA8ox3的上调表达。由于NCED1和ABA8ox3分别是调控ABA合成与分解代谢的两个重要功能基因,且在水稻叶片中呈特异性高表达,因此,糖饥饿诱导的叶片衰老过程中ABA含量的上升,可能主要是源于ABA分解代谢的下降,而非其合成代谢受糖饥饿诱导提高所导致。5、生长素在植物组织和器官的形成分化及植物与环境间的信号交流中起着重要的调控作用,但对生长素在叶片衰老中所起的调控作用,迄今尚存在一定争议。本文研究结果掲示,IAA的自由态和络合态转化对水稻叶片衰老进程有显著影响。在叶片衰老过程中,早衰突变体psf中的自由型IAA含量显著低于其野生型对照,且随着叶片衰老的加剧,两者间的差异幅度越大。与之相反,早衰突变体psf衰老旗叶中的络合型(态)IAA(IAA-ASP)却显著高于其野生型对照,且随其叶片衰老程度的加剧呈较明显上升趋势。进一步对水稻叶片衰老过程中IAA信号响应、IAA合成和IAA络合代谢途径几个关键基因转录表达量的检测结果表明,调控IAA共轭作用的关键基因GH3s在早衰突变体psf叶片衰老前期呈下调表达,但随叶片衰老程度的加剧呈上调表达。外源NAA处理试验证实,IAA信号可通过调控转录调控因子NACs的显著上调或下调表达,从而实现其对叶片衰老的调控。