图4干旱胁迫下WT和转基因番茄抗氧化酶活性的变化
Fig. 4 Changes of Antioxidant enzyme activIty in tomato leaves under drought stress
2.6干旱胁迫对番茄叶片电导率和伤害度的影响
相对电导率和伤害度是衡量细胞膜稳定性、通透性及其受伤害程度的常用指标。在干旱胁迫条件下,WT植株与转基因植株相对电导率和伤害度均显著增加(图4)。其中,随PEG浓度的增加,转基因番茄叶片相对电导率分别比相应对照显著增加23.97%、38.73%、45.06% ,野生植株则分别增加68.52% 、77.57%、78.96% ,且转基因植株的增加幅度显著小于野生植株;转基因植株叶片细胞膜伤害度依次为5.96%,7.74%和 8.52%,WT植株伤害度则依次为10.04,15.95%和17.31%,两者在相同PEG浓度下均差异显著(P<0.05)。即在不同程度干旱胁迫下,转基因番茄植株叶片细胞膜受伤害程度显著小于相应野生植株,说明转正义基因番茄植株抗耐旱能力优于野生植株,LeFAD7基因提高了番茄植株的抗旱性。
图5 干旱胁迫下WT和转基因番茄叶片相对电导率和伤害度的变化
Fig.5 Changes of relative electronic conductance and extent of injury in tomato leaves under drought stress
3.讨论
3.讨论
当植物遭受轻度或中度干旱时,叶片气孔导度下降,造成叶内细胞 间隙二氧化碳浓度降低而导致光合速率下降。干旱胁迫对植物的光合作用的影响比较复杂,它不仅使光合速率降低,而且还会抑制光合作用光反应中原初光能转换电子传递光合磷酸化和光合作用暗反应过程, ,最终导致光合作用下降[13,14]。
在干旱胁迫环境下,叶绿体内的氧会被活化成对细胞有伤害的活性氧。在轻度和中度干旱下,叶绿体内的主要活性氧清除系统,如酶系统的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶活性和非酶系统的抗坏血酸谷光甘肽含量等明显升高 , 及时消除这些活性氧。 重度干旱下,叶绿体内的主要活性氧清除系统明显降低, 不能及时消除这些活性氧,引起膜脂过氧化和蛋白质的合成的抑制,从而破坏叶绿体细胞膜系统,叶绿素降解,最终影响叶片的生理作用[15]。Vijayan[16]等通过对拟南芥突变体的研究指出,低的类囊体膜不饱和程度限制了PSⅡ复合体内损伤的D1蛋白被置换的速度。众多研究表明,植物PG中饱和脂肪酸含量与膜的流动性成反比,PG中不饱和脂肪酸含量的增多,使类囊体膜流动性增加,在一定程度上保护了膜结合蛋白的活性,减轻光抑制。因此植物类囊体不饱和程度的增高有利于增强植物的抗旱性。
根据我们前期对转基因植株Northern杂交检测的结果[17],本实验选择了LeFAD7基因表达量较高的正义株系T-12(+)为试材。结果表明,LeFAD7基因的过量表达促进了亚油酸(18:2)向亚麻酸(18:3)的转化,类囊体膜脂肪酸不饱和度上升。干旱胁迫下,转正义基因植株株系类囊体膜脂不饱和度的增加可能通过促进D1蛋白的周转来减轻PSⅡ光抑制。多不饱和脂肪酸占如此高的比例被认为与膜的高度流动性有关, 不饱和脂肪酸的增多,膜稳定性增强,植物的抗逆性提高,类囊体膜上磷脂的减少使双层膜向Ⅱ型六角结构转变的倾向大大减小,糖脂的增多增加了亲水性[18,19];PG含量降低,SQDG含量升高,从而使阴性脂总量相对稳定,对类囊体结构和功能至关重要。
综上所述,类囊体膜不饱和程度的提高,尤其是PG中不饱和程度的增加,可能维持了干旱胁迫下膜的流动性。而PG含量降低,SQDG含量升高以及磷脂的减少,糖脂的增多维持了类囊体膜的稳定性。膜流动性和稳定性的提高,缓解了PSⅡ光抑制和叶绿素降解,尽而缓解了光合速率的下降和活性氧的伤害,维持了植株正常功能。
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