摘要 環(huán)境脅迫植物細(xì)胞中積累大量的活性氧

1、植物植物ROS清楚系統(tǒng)基因研究清楚系統(tǒng)基因研究摘要摘要環(huán)境脅迫植物細(xì)胞中積累大量的活性氧，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)、膜脂、DNA及其它細(xì)胞組分的嚴(yán)重?fù)p傷。植物體內(nèi)有效清除活性氧的保護(hù)機(jī)制分為酶促和非酶促兩類。酶促脫毒系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)等。非酶類抗氧劑包括抗壞血酸、谷胱甘肽、甘露醇和類黃酮。利用基因工程策略這些物質(zhì)在植物體內(nèi)的含量，從而獲得耐逆轉(zhuǎn)基因植物

2、已取得一定的進(jìn)展。本文將主要介紹植物SOD、APX、CAT、GR的酶學(xué)性質(zhì)和基因工程方面的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：活性氧，氧化損傷，酶促脫毒系統(tǒng)，基因工程活性氧，氧化損傷，酶促脫毒系統(tǒng)，基因工程非生物脅迫在植物體內(nèi)產(chǎn)生一系列的生理生化代謝反應(yīng)，使植物的生長和發(fā)育受到影響，從而表現(xiàn)出不利的表型性狀。其中最主要的危害之一就是在生物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧，過量的活性氧對生物體能產(chǎn)生不同程度的危害，為了消除或降低這種危害，植物體內(nèi)存在著抗氧化保

3、護(hù)酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)，使植物體內(nèi)活性氧含量處于一個(gè)平衡狀態(tài)而免于受到氧化脅迫傷害。因此，通過降低植物逆境狀態(tài)下的活性氧水平，可以減少逆境對植物產(chǎn)生的危害。下圖是活性氧的產(chǎn)生途徑以及還原途徑：植物抗氧化系統(tǒng)需氧生物在進(jìn)化過程中為保護(hù)自身免受AOS的傷害形成了內(nèi)源保護(hù)系統(tǒng)由非酶抗氧化劑和抗氧化酶類組成。在正常新陳代謝過程中抗氧化系統(tǒng)可保持活性氧之間的平衡從而維持細(xì)胞的正常生理功能但在脅迫條件下活性氧在短時(shí)間內(nèi)的大量激增常常超出了內(nèi)源清除系統(tǒng)的

4、解毒能力造成對生物體的傷害。植物非酶抗氧化劑有谷胱甘肽、氫醌、甘露醇、維生素C和E、B胡蘿卜素、生物堿等有機(jī)小分子。目前在植物中已發(fā)現(xiàn)的抗氧化酶類包括超氧物歧化酶(SOD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)、谷胱甘肽還原酶(GR)等它們主要存在于葉綠體和胞漿中形成高效的抗壞血酸谷胱甘肽循環(huán)?？箟难岷凸入赘孰脑诨钚匝趺摱具^程中起重要作用，它們可直接同ROS反應(yīng)，將其還原，又可作為酶的底物在活性氧的清除過程中扮演重要角色。抗壞血酸、還原型谷胱

5、甘肽及APX、GR、SOD和MDHAR都參與了植物細(xì)胞中抗氧化劑的再生過程。3.23.2甘露醇甘露醇甘露醇是已知的氫氧根離子清除劑。在氧化脅迫下，甘露醇可以保護(hù)巰基酶類或其他巰基調(diào)控的葉綠體組分，如黃素蛋白、硫氧還原蛋白和谷胱甘肽。這可通過離體類囊體實(shí)驗(yàn)證明：在適當(dāng)濃度的還原態(tài)金屬離子存在下，離體類囊體可以產(chǎn)生OH，磷酸核酮糖激酶（PRK）作為卡爾文循環(huán)中巰基酶類的代表可與產(chǎn)生的OH發(fā)生作用，然后分別加入甘露醇、甲酸內(nèi)、過氧化氫酶，通過

6、檢測PRK的活性來驗(yàn)證它們對OH的清除能力。3.33.3類黃酮類黃酮最近研究發(fā)現(xiàn)類黃酮與抗壞血酸和α生育酚一樣，是主要的活性氧清除劑。體外研究表明類黃酮可以直接清除活性氧，如超氧化物（O2）、氧化氫（H2O2）、氫氧根離子（OH）或單氧（O2）[34]。但在體內(nèi)卻未必如此，因?yàn)轭慄S酮主要定位于液泡，而活性氧離子并不能從葉綠體擴(kuò)散至液泡中，因而在植物細(xì)胞中，類黃酮只能在活性氧的產(chǎn)生部位或附近部位進(jìn)行清除，如液泡或細(xì)胞壁。而H2O2卻比較穩(wěn)

7、定而且能夠穿過生物膜，故而類黃酮在H2O2的清除中扮演極為重要的角色。利用氧化代謝基因工程提高植物抗逆性的研究進(jìn)展生理學(xué)研究表明抗氧化酶類是植物抵抗氧化脅迫的關(guān)鍵因素。其主要依據(jù)有:逆境脅迫引起抗氧化酶活性增加且增加的酶活性與耐性直接相關(guān)用一種脅迫對植物預(yù)處理可產(chǎn)生對其它不同脅迫的交叉耐性。因此為提高植物抗氧化能力而進(jìn)行的基因轉(zhuǎn)移多集中于在植物中高表達(dá)單個(gè)抗氧化酶類基因其中最常用于轉(zhuǎn)化的是編碼SOD、APX和GR的基因。1植物超氧化物歧

8、化酶基因工程研究目前，已經(jīng)從多種植物中克隆了sod基因，并將其轉(zhuǎn)入其他植物中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因植株中sod基因的過量表達(dá)不同程度地提高了植株對環(huán)境脅迫的抵抗能力。在抗凍害方面，Bryan(1999)將煙草Mnsod轉(zhuǎn)入苜蓿中，造成了轉(zhuǎn)基因植株的MnSOD活性顯著增強(qiáng)。在田間耐寒試驗(yàn)中，轉(zhuǎn)基因苜蓿的存活率顯著高于未轉(zhuǎn)基因?qū)φ?，而且在來年的采收中轉(zhuǎn)基因植株的收獲量是對照的兩倍[1]，產(chǎn)量明顯提高。除了能夠增強(qiáng)抗旱性外，sod轉(zhuǎn)基因植株對