在生物细胞生命周期中不断有新的功能蛋白产生，与此同时也必然伴有结束其生命功能的蛋白质的降解。蛋白质的降解与其合成过程一样，对植物的生理代谢和生长发育起着重要的作用。细胞内蛋白质的降解受到精确的时间和空间调节，并具有高度选择性。泛素/26S蛋白酶体途径(ubiquitin/26S protcasome pathway，UPP)是目前已知最重要的、有高度选择性的蛋白质降解途径。在这个途径中，泛素用来标记需要降解的蛋白质，被标记的靶蛋白进而被26S蛋白酶体识别并降解。逆境胁迫下生物细胞内无功能蛋白质的积累增多，及时清除这些无功能蛋白质成为生物适应逆境的重要方式。已有研究表明，泛素基因在逆境条件下表达显著增加，短命调节蛋白及异常蛋白降解速率加快，间接说明泛素系统在生物逆境适应中的作用。但过量表达泛素基因以及抑制泛素基因表达对植物逆境适应性的影响及其生理机制研究还鲜见报道。 本实验室已经克隆了小麦单体泛素基因，构建了正义表达载体，转化烟草获得了过量表达泛素基因的转基因株系多个，研究发现过量表达泛素提高了烟草的抗旱性、耐盐性。同时克隆了烟草的泛素基因，构建了反义表达载体，反义转化烟草获得了抑制烟草泛素基因表达的转基因株系。本论文以正义转基因烟草及抑制泛素基因表达的反义转基因烟草为材料，研究调控泛素系统对植物抗逆性的影响。从种子萌发、幼苗生长状况、膜伤害程度、活性氧积累与清除、离子平衡及光合能力等方面分析了泛素系统影响植物抗逆性的生理生化机制。研究发现，过量表达泛素单体增强了转基因植株的抗盐性，抑制泛素基因的表达导致转基因植株抗盐性减弱。主要结果如下： 1、泛素蛋白丰度检测结果表明，过量表达泛素基因或抑制泛素基因表达对于转基因植株细胞内泛素单体蛋白丰度影响不大；过量表达泛素蛋白会使结合态泛素蛋白含量增加，盐胁迫下这种增加更为明显；抑制泛素基因表达会降低结合态泛素蛋白的积累。 2、正常生长条件下，过量表达Ta-Ub2泛素基因对种子的萌发和幼苗的生长就有促进作用；抑制Nt-Ub1泛素基因对种子萌发和植株的生长有延缓作用。盐胁迫导致种子萌发延迟及幼苗生长抑制，过量表达Ta-Ub2泛素基因能促进种子萌发及幼苗生长，缓解盐胁迫导致的生长抑制，转基因烟草抗盐性增强：抑制泛素基因表达使种子萌发推迟，加剧了盐胁迫下的生长抑制。 3、盐胁迫会破坏生物膜的稳定性和完整性，导致活性氧积累及膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量的增加，膜透性增强。过量表达泛素基因的转基因植株中主要抗氧化酶的活性增强，活性氧积累减少，MDA含量及电解质外渗量较低，有效保护了生物膜的稳定性和完整性；抑制泛素基因表达导致盐胁迫下生物膜的损伤更为严重。 4、盐胁迫不仅会造成渗透胁迫，还会引起离子毒害。过量表达Ta-Ub2泛素基因能使转基因植株在盐胁迫下保持较好的水分状况，并有效维持体内的离子平衡，进而提高了转基因植株的抗盐性：抑制泛素基因加剧了盐胁迫对于植物体造成的渗透胁迫和离子毒害作用，抗盐性降低。 5、盐胁迫会导致植物光合机构受到损伤，表现为色素含量降低、PSII光化学效率下降。过量表达Ta-Ub2泛素基因的转基因植株碳同化速率、PSII光化学效率的下降及色素降解速率相对缓慢，盐胁迫下能维持较高的光合作用效率；抑制泛素基因表达使转基因植株光合能力降低。 6、对转基因烟草体内活性氧积累进行检测，发现抑制泛素基因表达会加剧转基因植株体内活性氧的积累，而过量表达泛素基因的植株体内积累活性氧较少。推测活性氧积累的不同可能是不同转基因植株抗逆性差异的原因之一，泛素系统与活性氧清除有关。用外源甲基紫精处理，造成氧化胁迫，检测了不同转基因烟草耐氧化胁迫的能力，证明过量表达泛素提高了烟草的耐氧化胁迫能力；而反义抑制泛素表达的转基因植株的耐氧化胁迫能力较野生型差，进一步证明了泛素水平与耐氧化胁迫有关。 7、过量表达Ta-Ub2泛素基因提高了转基因烟草对综合胁迫(高盐+高温+高光强)的抗性，并加速了植物的生长发育进程，使转基因植株花期提前。反义抑制泛素基因表达使转基因植株出现早衰及灼伤斑点，抗逆性降低。 综上所述，过量表达泛素单体提高了转基因烟草对盐胁迫甚至综合胁迫的适应能力；抑制泛素基因表达则降低了烟草的耐盐性和综合胁迫耐性，说明泛素系统与植物的抗逆性关系密切。通过改善泛素系统可以提高植物的逆境适应性，这为培育抗逆作物新品种提供了思路和途径。