新疆雪蓮組培苗在低海拔地區衰亡的機理研究

《新疆雪蓮組培苗在低海拔地區衰亡的機理研究》是依託西北大學，由郭斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新疆雪蓮組培苗在低海拔地區衰亡的機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭斌
• 依託單位：西北大學

項目摘要

新疆雪蓮是我國名貴的高原藥用植物，為解決其藥源問題，我們建立了新疆雪蓮組織培養技術，實現其道地種植。在該過程中發現，當保持培養條件（光照、溫度等）不變情況下，將組培苗從高海拔（60kPa）移至低海拔（101kPa）地區30天后，其葉片變黃，然後全株枯萎死亡。研究表明，低海拔下組培苗光合效率、葉綠體含量等發生顯著變化。葉綠體是高等植物重要的細胞器，其生理狀態能夠顯著地表征植物葉片的衰老。因此，本課題研究內容是：1、不同大氣壓力下葉片組織生理生化指標的變化規律；2、以電鏡為主要手段研究組培苗在不同大氣壓力下葉綠體膜系統、基粒片層等超微結構的變化；3、以MALDI-TOF-MS為主要技術分析葉綠體差異蛋白組對大氣壓力變化的應答規律。研究目的是：確定在低海拔地區葉綠體對大氣壓力變化的應答特點及其與植株衰亡之間的關係。闡明新疆雪蓮對大氣壓力變化的回響機制，為高原藥用植物向低海拔地區引種提供理論依據。

結題摘要

本課題旨在研究大氣壓力變化對新疆雪蓮生長的影響，闡明新疆雪蓮對大氣壓力變化的回響機制，為高原藥用植物向低海拔地區引種提供理論依據。該項目從2011年1月開始至今（2013年12月），在課題組成員的努力下已經完成項目既定的目標和相關的研究內容，並在此基礎之上繼續進行深入的研究。我們取得以下的成果：（1）發現新疆雪蓮組培苗在高大氣壓力下(101 kPa)的死亡屬於細胞凋亡性死亡；（2）在高大氣壓力下(101 kPa)，新疆雪蓮葉綠體外膜和細胞質的界限變得模糊、嗜鋨體數目增加、類囊體膨大，而在低壓下培養的新疆組培苗葉片葉綠體超微結構正常；（3）隨著大氣壓力的增高，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶（CAT）、以及過氧化物酶（POD）的活性均增高。在組培苗生長的後期，先是SOD活性發生突然的增加，隨後與CAT和POD的活性同時很快降低，此時，也伴隨著組培苗葉片的黃化和死亡；但在低壓（60 kPa）下生長的組培苗其抗氧化酶的活性沒有顯著的變化。（4）通過雙向電泳對不同大氣壓力下新疆雪蓮組培苗葉綠體蛋白進行分析，對ImageMaster 2D platinum 6.0分析後的2倍以上差異點進行MALDI-TOF-MS分析，其中106個在高大氣壓力下表達下調，127個表達上調，2個僅在低大氣壓力中表達，1個僅在高大氣壓力下表達。由此說明在不同的大氣壓力下新疆雪蓮葉綠體蛋白發生差異性表達，結合生理生化指標分析說明在高大氣壓力下發生表達變化的蛋白影響了新疆雪蓮葉綠體的正常生理功能。本課題的研究結果闡明了：高大氣壓力(101 kPa)引起新疆雪蓮組培苗葉綠體蛋白表達發生了變化，這些蛋白為ATP synthase F1 subunit 1、chlorophyll A/B binding protein、Polyphenol oxidase F、ATP synthase beta subunit、ATP synthase CF1 beta chain及部分假設蛋白，從而影響了葉綠體的結構和生理功能，導致了葉片程式性死亡。在本項目完成的同時，我們又有了新的想法， 下一步的工作我們準備從轉錄組的層面研究新疆雪蓮在高大氣壓力下衰亡的分子機制。