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基于叶绿体能量代谢解析澳洲坚果光合作用对高温胁迫的分子生理响应机制

批准号:
32060652
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
36.0 万元
负责人:
杨为海
依托单位:
学科分类:
果树生理与栽培学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨为海

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高温下部分澳洲坚果品种的叶片发生黄化,落果率增加,严重影响了产量。前期研究表明:黄化叶片的ATP含量与能荷水平增加,其光合速率却降低。为了深入探讨高温下叶绿体ATP供应能力与光合速率的关系,本研究拟以耐热品种“H2”和热敏感品种“HAES344”为试材,通过比较不同高温气候类型与模拟高温胁迫处理,并结合外源化学物质处理,观察叶绿体超微结构和ROS组织化学分布的变化,研究类囊体膜的脂肪酸组成及其调控基因表达变化,着重研究光系统、电子传递系统和ATPase的活性及其相关基因表达的变化,分析叶绿体ATP供应能力的变化及其对Rubisco与RCA活性以及光合速率的影响,以期明确高温胁迫下光合机构稳定性、光系统活性和光合电子传递能力的变化,探明叶绿体ATP合成的调控机制及其对光合碳同化的影响,从光合能量代谢的角度解析澳洲坚果光合作用对高温胁迫的分子生理响应机制,为澳洲坚果抗高温栽培生产奠定理论基础。
英文摘要
Under high temperature, the etiolation leaves of some macadamia varieties occurred and then the rate of fruit abscission increased, which seriously affected the yield. Previous studies showed that the levels of ATP and energy charge in the etiolation leaves increased, but the photosynthetic rate decreased. In order to further explore the relationship between the chloroplast ATP supply capacity and the photosynthetic rate under high temperature, this study will use the heat-tolerant cultivar of ‘H2’ and heat-sensitive cultivar of ‘HAES344’ as test materials, to observe the changes in the chloroplast ultrastructure and the histochemical distribution of ROS, to study the changes in the fatty acid composition of thylakoid membrane and the expressions of its regulatory genes, to focus on the research on the changes in the activities of photosystem, electron transport system and ATPase and the transcriptional levels of its related genes, and to analyze the change of chloroplast ATP supply capacity and its effect on the activities of Rubisco and RCA and the photosynthetic rate, through comparing the treatments of the different high temperature weather and the simulated high temperature stress and then combining with the exogenous chemicals treatments. It might contribute to understanding the changes in the photosynthetic apparatus stability, photosystem activity and photosynthetic electron transport capacity under high temperature stress, revealing the regulatory mechanism of chloroplast ATP synthesis and its influence on photosynthetic carbon assimilation, and elucidating the physiological and molecular mechanism of macadamia leaf photosynthesis in response to high temperature stress from the perspective of photosynthetic energy metabolism. This project will lay a theoretical foundation for guiding the macadamia production resistant to high temperature.
高温条件下部分澳洲坚果品种(如:HAES344与桂热1号)的新梢叶片易发生黄化,导致光合作用下降,严重影响了产量。然而,澳洲坚果叶片光合作用对高温胁迫的分子生理响应机制尚不清楚。本项目主要以澳洲坚果热敏感品种‘HAES344’和耐热品种‘H2’的叶片为试材,观察了高温胁迫下叶绿体超微结构与细胞内ROS分布的变化,研究了叶绿素、抗坏血酸、谷胱甘肽、脂质、黄酮类物质的代谢机制,分析了光系统、光合电子传递链、ATPase与碳同化的活性及其相关基因的转录水平,并探讨了锌指蛋白基因MiZFP11的功能。结果表明:高温胁迫下,叶绿体的超微结构发生损伤,H2O2、O2 -与丙二醛大量产生,致使脂肪酸降解相关基因转录明显增强,膜脂含量及其合成相关基因表达明显下调,造成类囊体膜脂降解与过氧化,破坏膜脂的组成及功能。高温胁迫使得叶绿素含量显著降低,引起Fm/Fo、Fv/Fo与Fv/Fm等叶绿素荧光参数值明显减少,下调Trx系统蛋白基因(Trx1、Os05g0200100与 CXXS1)的转录水平,增强环式电子传递相关基因(PGR5、ndhB与ndhD)的表达,从而抑制PSII活性与线性电子传递性能,造成叶绿体内氧化还原状态失衡,激发环式电子流,增强热耗散能力,以减轻氧化胁迫对光合能量产生机构的损伤;高温胁迫抑制Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase的活性,降低捕光天线蛋白基因CAP10A以及ATPase亚基蛋白基因ATPC与ATPF的表达,进而扰乱了ATPase的合成功能,损害光合能量的供应;同时,高温胁迫明显减弱了GAPA、GPD、At4g2652与rbcL等碳同化过程关键酶基因的表达,导致光合能力下降。然而,高温胁迫明显增强了抗坏血酸、谷胱甘肽与黄酮类物质的合成途径以及抗氧化酶(SOD、POD与CAT)的活性,激活抗氧化保护机制以抵抗高温。另外,本研究解析了MiZFP11响应高温胁迫的功能,明确了谷胱甘肽、抗坏血酸、脂质与黄酮类物质在高温胁迫诱导叶片黄化期间的代谢调控网络机制。最终,构建了高温胁迫对澳洲坚果叶绿体能量生产与光合作用的影响机制模式,初步阐明了澳洲坚果叶片光合作用对高温胁迫的分子生理响应机制,为澳洲坚果抗高温栽培生产提供了理论依据。
HD-Zip转录因子参与生长素和茉莉素调控的澳洲坚果果穗发育机制解析
  • 批准号:
    32360724
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    杨为海
  • 依托单位:
国内基金
海外基金