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文檔簡介
1、鋅是生物生長發(fā)育必不可少的微量營養(yǎng)元素,參與生物代謝中多種酶的組成與活性調(diào)節(jié)。植物碳酸酐酶(CA)是一種鋅金屬酶,其活性與植物的光合作用密切相關(guān)。高等植物CA主要分為α、β和γ三種亞型,其中β-CA亞型可高效催化CO2的可逆水合反應(yīng),參與高等植物光合作用中CO2轉(zhuǎn)運與固定過程,γ-CA是線粒體復(fù)合體Ⅰ的組成成分,參與植物呼吸代謝。水稻中已發(fā)現(xiàn)多種CA亞型,目前對各亞型CA同鋅的響應(yīng),及其與光合作用的關(guān)系尚不清楚。本研究試圖分析CA活性對
2、鋅離子的響應(yīng),并探究CA與光合作用的關(guān)系,為以改善光合作用為目標(biāo)提高作物產(chǎn)量提供參考的依據(jù)與理論研究基礎(chǔ)。
本研究選用N22、R49、9311三個水稻品種,在水稻生長的分蘗盛期或孕穗期葉片噴施0.2%硫酸鋅,測定各品種開花后0d、10d、20d劍葉的凈光合速率及SPAD值,并分析水稻β-CA和γ-CA的基因及蛋白表達與酶活性水平,以期闡明各亞型CA同鋅及光合作用的相互作用關(guān)系。主要內(nèi)容包括:⑴葉面噴施0.2%硫酸鋅,N22、9
3、311、R49三個水稻品種不同時期劍葉的SPAD值、CA活性、凈光合速率(Pn)三項生理指標(biāo)普遍提高。在水稻開花后0d和10d,三個水稻品種劍葉三項生理指標(biāo)維持相對較高的水平,其中N22一直處于最低水平。生理指標(biāo)相關(guān)性分析表明,SPAD值、CA活性同凈光合速率是顯著正相關(guān)的。⑵利用RT-qPCR技術(shù)對水稻β-CA和γ-CA基因表達分析發(fā)現(xiàn),N22、9311、R49三個水稻品種劍葉及劍葉鞘中葉綠體型β-CA1和β-CA2基因大量表達,噴鋅
4、處理后β-CA1和β-CA2表達上調(diào),同CA活性和凈光合速率趨勢一致。本研究明確β-CA1和β-CA2為水稻CA家族的主效基因。制備β-CA1抗體,利用WesternBlot技術(shù)對水稻CA蛋白表達分析發(fā)現(xiàn),噴鋅處理后,CA蛋白積累量略高于對照組。⑶于分蘗期或孕穗期,對盆栽水稻品種9311和R49噴鋅處理實驗發(fā)現(xiàn),不同時期噴鋅處理對水稻生長的影響不同。在開花當(dāng)天(0d),各水稻劍葉CA活性及基因表達量表現(xiàn)為,分蘗期處理組高于孕穗期處理組,
5、在開花后10d、20d,結(jié)果恰恰相反。據(jù)此推測鋅可以延長水稻葉片功能維持期和籽粒灌漿時間。⑷比較各水稻劍葉及劍葉鞘CA活性及其基因表達量發(fā)現(xiàn),CA大量分布于劍葉中,尤其在灌漿早期,劍葉CA活性及其主效基因表達量顯著高于劍葉鞘,而在水稻籽粒灌漿后期,劍葉片與劍葉鞘中CA活性及其表達量相近。分析可能由于劍葉片是水稻主要光合功能葉,而葉鞘的衰老速度慢于葉片,且葉鞘可作為水稻光合作用的器官之一,其光合潛能是不可忽視的。⑸利用在線分析軟件PSRP
6、RED、TargetP和WolfPsort、ProtParam Tools、ClustalW2對水稻β-CA和γ-CA蛋白一級及二級結(jié)構(gòu)進行預(yù)測分析。結(jié)果顯示β-CA是一種主要定位于葉綠體的堿性不穩(wěn)定蛋白,γ-CA是定位于線粒體的酸性穩(wěn)定蛋白。而且只有β-CA中存在高等植物高度保守的鋅結(jié)合活性位點Cys(114)-His(174)-Cys(177)。⑹證實水稻CA活性與凈光合速率正相關(guān),并確定水稻CA家族的主效基因為葉綠體型的β-CA1
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