水稻phyC突变体叶绿素合成及光合荧光特性的研究

光敏色素是植物的重要感光器之一,在光形态建成过程中起重要作用,同时也参与调控叶绿素的合成。江苏省农业科学院利用CRISPR/Cas9技术敲除了南粳46中的PHYC,发现突变体抽穗期提前,而且相较于南粳46,其千粒重增加,但对其光合特性没有过多阐述。本研究以南粳46phyC突变体(phyC)与南粳46野生型(WT)为材料,利用光合仪、荧光仪分别测定2种水稻材料的光合参数、叶绿素荧光参数;测定水稻叶片的叶绿素含量、叶绿素合成前体物质含量,并进一步分析2种水稻材料中叶绿素合成相关基因的表达情况,以期对突变体的光合生理性能进行初步探究。结果表明,和WT相比,突变体phyC的叶绿素含量在孕穗期、齐穗期明显增加,但在灌浆期却显著下降;突变体phyC叶片叶绿素合成代谢中间产物5-氨基乙酰丙酸(ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)、原脱植基叶绿素(Pchlide)的含量均显著高于WT;在光合参数方面,phyC的净光合速率在孕穗期、齐穗期高于WT,在灌浆期低于WT;phyC的单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、耗散的光能(DIo/RC)、捕获的光能(TRo/RC)、PSⅠ端还原电子的效率(REo/RC)、综合性能指数(以吸收为基础)(PIabs)在孕穗期、齐穗期均高于WT,而在灌浆期均低于WT;此外,phyC的叶绿素合成与降解相关基因的表达水平在3个生育期都有所上调。这表明敲除PHYC可以使得叶绿素合成及降解基因的表达量提高,从而使得在孕穗期和齐穗期叶绿素含量提高,荧光参数提高,最终导致光合速率提高。在灌浆期,phyC叶绿素的生物合成可能是在原脱植基叶绿素到叶绿素a的合成过程中受到阻抑,该过程需要光的参与,可能是由于PHYC的敲除使得在这个时期phyC对光照的吸收与利用能力有所下降。

水稻叶色突变体812HS蛋白质复合物和叶绿素合成特性的研究

以水稻叶色突变体812HS与野生型812S为材料,利用蓝绿温和胶电泳技术和生理方法对叶尖端类囊体膜蛋白质复合物含量以及叶绿素合成前体物质进行了比较。结果表明,和野生型812S相比,水稻叶色突变体812HS在分蘖盛期叶绿素含量开始明显减少,叶绿素a/叶绿素b比值增加,突变体的类囊体膜蛋白质复合物如光系统Ⅱ捕光色素蛋白(LHCⅡ)含量、光系统Ⅰ核心复合体(PSⅠcore)含量和F1-ATP合酶复合体和细胞色素b6/f复合体(F1-ATPase&Cy tb6/f)含量显著减少。突变体812HS叶片叶绿素合成代谢中间产物5-氨基酮戊酸(ALA)、胆色素原(PBG)、尿卟啉原Ⅲ(UrogenⅢ)含量均显著高于野生型812S,而原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-ProtoⅨ)、原脱植基叶绿素(Pchlide)、Chla、Chlb含量却显著低于野生型812S。即水稻叶色突变体812HS的叶绿素含量明显减少,一方面是由于囊体膜蛋白质复合物的减少影响了其对光的吸收和传递;另一方面通过测定叶绿素合成的前体物质初步认为是由于叶绿素合成过程中UrogenⅢ到ProtoⅨ合成过程受阻所致。

干旱胁迫对银杏叶片光合系统Ⅱ荧光特性的影响

为了探讨银杏叶片在长期干旱胁迫下光合性能的变化,采用盆栽控水法对银杏幼苗进行干旱处理,并分别在处理后第0、20、30、40、50天,对荧光动力学曲线和荧光参数进行了测定和JIP-test分析。结果表明:随着干旱的加剧,叶片叶绿素含量逐渐递减。由于干旱导致银杏叶片的光合系统Ⅱ(PSⅡ)结构破坏和稳固性减弱,其荧光动力学曲线出现了K相和L相的升高,在干旱处理40 d后升高加剧。PSⅡ结构的变化导致了一系列荧光参数的变化,初始荧光F0逐渐升高,最大荧光Fm逐渐降低;代表单位反应中心活性的参数ABS/RC、ET0/RC、TR0/RC逐渐升高;单位面积捕获的光能TR0/CS0高于对照,单位面积用于电子传递的光能ET0/CS0后期下降;表示受体侧电子传递活性的参数Sm、ψ0、φE0逐渐下降,M0、VJ、VI逐渐升高;表示热耗散的参数DI0/RC、DI0/CS0随干旱时间延长而急剧升高;活性反应中心数目RC/CS0减少;代表PSⅡ光合效率的参数Fv/Fm、PIabs逐渐下降;代表PSⅡ供体侧活性的参数WK随干旱时间延长而逐渐升高,OEC逐渐减少。干旱胁迫导致银杏叶片PSⅡ反应中心失活,能流分配失衡,电子传递受阻,PSⅡ放氧复合体失活和PSⅡ稳固性减弱,从而破坏PSⅡ光合功能。而反应中心失活和受体侧电子Q-A的累积是造成PSⅡ电子传递活性减弱的主要原因。干旱条件下,银杏PSⅡ的PIabs比Fv/Fm对干旱的反应更灵敏,可作为银杏叶片受到伤害的指标。

两优培九剑叶衰老过程光合膜功能及蛋白质复合物的变化

为探讨高产杂交稻两优培九在衰老过程中,剑叶光合膜蛋白质复合物的含量变化规律及其与光能吸收、转化、传递的关系,以大田栽培自然衰老剑叶为材料,利用活体叶绿素荧光动力学技术,并结合类囊体膜蛋白质复合物蓝绿温和胶电泳分析。结果表明,两优培九剑叶叶绿素含量、光合性能、类囊体膜蛋白稳定性等都在抽穗期达到顶峰,随后开始衰退,在扬花期、灌浆期尚保持较高水平,而进入籽粒成熟阶段衰退明显;随着衰老进程,光合膜蛋白质复合物有序非同步降解,稳定性为LHCII>PSIIcore>PSIcore>ATPase&Cyt b6/f>LHCI;PSI和PSII蛋白和相应电子传递活性的稳定性及下降幅度差异较大;衰老过程叶绿素a/b的不断下降与相对于反应中心更稳定的捕光天线有关,剑叶生长后期LHCII维持高水平保持了叶片对光能的吸收,并可能在调节光系统间能量分布和协助过剩能量耗散中起重要作用。

水稻剑叶类囊体膜蛋白复合物的蓝绿温和胶电泳分析

以水稻两优培九剑叶为材料,通过蓝绿温和胶电泳对其类囊体膜蛋白复合物进行分析。亚细胞组分是植物蛋白质组学研究的重点,而高度疏水且结构复杂的膜蛋白复合物在传统二维电泳中难以得到很好分离,故采用纯化完整叶绿体,温和去污剂增溶膜蛋白,非变性梯度凝胶电泳的方法,直观地分离并展示了两优培九水稻剑叶类囊体9条蛋白质复合物条带,并显示出丰度与组成的差异。以蓝绿温和胶为一向,含尿素的变性电泳为二向的二维电泳将两优培九水稻剑叶类囊体膜蛋白复合物分离为亚基,得到51个蛋白质点,为对水稻光合机构响应逆境等变化的蛋白组学研究提供方法。

PopW蛋白对黄瓜霜霉病的防病促生作用

前期研究发现来源于青枯菌(Ralstonia solanacearum,ZJ3721)的Harpin蛋白PopW对多种作物有较好的诱导抗病作用。本文研究PopW蛋白在温室和田间条件下对黄瓜霜霉病的生防和促生效果。温室试验结果表明:人工接种霜霉病病原菌后15 d,250 mg/L PopW蛋白水溶液对黄瓜霜霉病的防效最好(42.85%),PopW蛋白(250 mg/L)处理的黄瓜苗与对照相比生物量增加26.92%,叶绿素含量显著提高。2010年,PopW蛋白(250 mg/L)间隔15 d喷雾1次,共使用3次。初次喷雾后8、25、35和48 d,对黄瓜霜霉病的生防效果分别为41.87%、48.36%、53.21%和50.85%;2011年,等量的PopW蛋白间隔10 d使用1次,共使用3次。初次喷雾后的第8、15、22和27 d,生防效果分别为47.07%、48.17%、50.59%和54.48%。试验结果表明,250 mg/L PopW蛋白水溶液可作为黄瓜霜霉病的潜在生防因子,且其抗病作用有一定的持效期,可保持10～15 d,甚至更长时间。分析PopW蛋白处理对黄瓜的促生作用及其对黄瓜品质的影响,结果显示:PopW蛋白处理组黄瓜单株增产达33.01%。PopW蛋白处理的黄瓜果实可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸和维生素C含量分别为18.07 mg/g、6.80 mg/g、60.20 mg/100 g、68.27μg/g,均显著高于对照(10.21 mg/g、5.30 mg/g、59.06 mg/100 g、49.55μg/g),结果表明PopW蛋白处理可显著提高黄瓜产量、改善黄瓜品质。