拟南芥抗坏血酸的含量对叶片衰老的影响

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植物叶片的衰老受生长发育时期的影响,也受到如黑暗、干旱、营养缺乏、高盐、低温、臭氧和病原菌感染等环境胁迫的诱导。抗坏血酸是植物体内一种重要的生物小分子,作为抗氧化剂在植物逆境胁迫及植物衰老过程中起重要的调节作用。本论文以野生型拟南芥、GLDH基因超表达纯合体gldh236OE(抗坏血酸合成量上调32%)拟南芥、单核苷酸突变(SNP)稳定遗传的缺失突变体vtc2-1(抗坏血酸合成量下调20%)拟南芥为研究材料,测定了其在自然条件下、高光胁迫衰老条件下及黑暗诱导衰老条件下的相关生理生态指标,探讨了抗坏血酸对拟南芥生长发育、抗逆性及衰老的影响。本研究的主要结果如下:  1.自然条件下,抗坏血酸合成量的上调可使拟南芥花期提前,并在一定程度上延缓叶片衰老自然条件下,vtc2-1和gldh236OE植株分别比野生型提前开花5-7天和3-5天,但同批次vtc2-1较野生型和gldh236OE提前约一周进入衰老阶段,野生型与gldh236OE进入衰老的时间则无显著差异。在衰老早期,vtc2-1成熟莲座叶中H2O2与O2-·的累积量显著高于野生型gldh236OE。进入衰老阶段后,gldh236OE植株中GLDH基因表达显著上调,表达量约为野生型植株的2.5倍,与此同时,gldh236OE植株莲座叶中其它衰老相关基因,如SAG12和SAG20的表达量均显著低于野生型和vtc2-1。抗坏血酸在植株中的积累在一定程度上延缓了拟南芥叶片的衰老。  2.高光处理条件下,抗坏血酸合成量的上调增加了拟南芥清除活性氧的能力高光处理条件下,gldh236OE叶片抗坏血酸合成量显著增加,野生型与vtc2-1高光处理组与对照组的抗坏血酸合成量均无显著差异。高光处理后,三个品种的叶片过氧化氢含量增加,以vtc2-1中增加最为明显。此外,高光处理后,三种拟南芥的PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm均显著降低,其中vtc2-1下降低幅度最大。高光胁迫下,随着拟南芥叶片中过氧化氢等活性氧含量增加,抗坏血酸合成量高的gldh236OE表现出最强的清除活性氧能力,较高的抗坏血酸合成量减轻了高光下活性氧自由基对PSⅡ结构与功能的损伤与破坏。  3.黑暗诱导条件下,较高的抗坏血酸合成量帮助维持了拟南芥叶片光合系统的正常运行及Rubisco酶的正常合成活体拟南芥植株黑暗胁迫处理3天后,野生型、gldh236OE和vtc2-1的抗坏血酸合成量均显著下降,分别为处理前的54%、53%和29%。与野生型相比,vtc2-1叶片黄化速度和衰老进程更快,而gldh236OE叶片黄化速度则较慢。黑暗诱导下,三种拟南芥的PSⅡ最大光能转化效率(Fv/Fm)和PSⅡ实际光化学量子产量(Yield)均有所降低,PSⅡ的光合效率下降。黑暗胁迫处理3d,外源施加抗坏血酸后,野生型与vtc2-1的NPQ显著增加,分别为对照组的123.64%、138.68%。结果表明抗坏血酸可降低拟南芥植株叶片光合机构的破坏程度,使叶片维持较高的光合能力。黑暗诱导8天后,vtc2-1中Rubisco蛋白大亚基含量显著低于野生型和gldh236OE,表明抗坏血酸的变化可能影响了暗反应核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的合成。  抗坏血酸合成量的增加可延长拟南芥植株的生殖生长期,并在叶片衰老阶段增强植株对活性氧自由基的清除能力,有效延缓拟南芥叶片的衰老。同时,较高的抗坏血酸合成量可减轻拟南芥强光胁迫所受的伤害,从而提高植株的抗高光能力,维持植物正常生理生态性状。内源抗坏血酸的下降则会导致黑暗诱导下拟南芥的衰老进程加快,外源施加抗坏血酸可在一定程度上缓解拟南芥的衰老进程。
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