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光呼吸在调控光合作用和碳氮代谢以及适应生物和非生物胁迫中起重要作用。丝氨酸：乙醛酸转氨酶(Serine：glyoxylate aminotransferase，SGAT，EC2.6.1.45)和谷氨酸：乙醛酸转氨酶(Glutamate：glyoxylate aminotransferase，GGAT，EC2.6.1.4)是植物光呼吸途径中二个关键转氨酶，二者共同催化光呼吸代谢中乙醛酸生成甘氨酸的反应。本文通过组成型超表达调节SGAT活性，通过诱导型反义表达调节GGAT活性，以此深入研究这二个酶的生物学功能。获得了以下主要结果： 1.SGAT、GGAT活性测定方法的优化 对测定SGAT、GGAT活性的化学法进行了优化。主要进行了三方面改良：(1)增加底物乙醛酸浓度；(2)减少参与显色的反应混合液；(3)改用缓冲液进行显色前中和。优化后的方法操作简便，测定重复性好。 2.不同氮素营养和逆境对SGAT、GGAT活性的影响 不同氮素形态对SGAT和GGAT活性影响不显著，而缺氮条件下GGAT活性显著降低，但是SGAT活性变化不显著；盐胁迫条件下SGAT活性显著提高，而GGAT活性变化不显著；低温和渗透胁迫下二个酶的活性同步变化。 3.载体构建及转化 用pER8骨架载体构建了诱导型GGAT反义表达载体，用pOX骨架载体构建了组成型SGAT超表达载体，通过农杆菌介导的水稻转化技术获得转基因后代。经PCR扩增，确认已经得到转基因阳性株。经过SGAT活性分析，在组成型SGAT超表达水稻株系中，筛选到SGAT活性提高到野生型2.7倍和2.5倍的2个独立株系S27、S38；以及1个SGAT活性下降到14％的株系S32。mRNA分析结果表明S32-N(S32后代中含目标基因且表型正常单株)的SGAT mRNA水平是野生型对照的29％，可能是mRNA水平共抑制的结果。 4.超表达SGAT转基因后代的表型分析 自然条件下发芽后一周，S32后代中会出现明显矮化单株，矮化单株自然条件下难以存活，陆续死亡。在培养基上发芽培养，没有死苗出现，矮化情况也明显改善；移至自然条件下，出现生长阻滞、叶色偏黄单株。根据这些材料的生长表型和目标基因PCR扩增结果进行统计分析。结果表明：生长异常单株(S32-F)的表型是目标基因导入引起的。S32-F的SGAT活性不足野生型对照的10％，高CO2条件下，生长部分恢复。这种现象与SGAT突变体表型类似，S32-F的表型可能是SGAT活性过低引起。 S27、S38后代在自然条件下生长正常，与野生型没有明显差异。在人工气候室培养时(14h光/10h暗，光下30℃/暗下25℃，光强350μmol m-2s-1，湿度60％)，两个株系的生长都明显受到抑制，受抑制程度相似，说明SGAT活性提高植株的生长适应能力下降。 5.SGAT活性变化对GGAT的影响 上调SGAT活性对GGAT的mRNA水平、蛋白水平和酶活性影响不明显。下调SGAT活性引起GGAT的mRNA水平和酶活性下调。高光条件下，S32-N的GGAT活性下降更明显，说明SGAT活性下调可能通过光呼吸代谢中间物来影响GGAT活性。 6.SGAT活性变化对水稻光合作用的影响 比较S27、S38和野生型的净光合速率，差异不显著，说明SGAT活性提高对光合作用没有影响。比较S32-N和CK(S32后代中不含目标基因单株)的净光合速率，差异不显著，说明SGAT活性下调到CK14％的水平不会对光合作用产生明显影响。自然生长条件下，S27、S38、S32-N的生长状况与野生型类似，也说明SGAT活性变化没有引起光合作用发生明显改变。 7.SGAT活性变化对水稻乙醛酸、草酸和丝氨酸代谢的影响 S32-N的乙醛酸、草酸和丝氨酸含量比CK显著升高，同时发现SGAT活性下调时会导致乙醇酸氧化酶(Glycolate oxidase，GLO)活性上调。乙醛酸是SGAT、GGAT的催化底物，GLO的催化产物，乙醛酸升高应该是三者协同作用的结果；丝氨酸是SGAT的催化底物，丝氨酸含量升高是SGAT活性下降的结果；草酸的直接前体之一是乙醛酸，草酸含量升高可能是乙醛酸含量增加引起的。S27和S38的乙醛酸和草酸含量与野生型没有显著差异，可能SGAT活性在水稻体内本身有冗余，S27和S38中SGAT活性虽有提高，并没有打破乙醛酸和草酸原来的代谢平衡。 8.SGAT活性提高对水稻抗病性和抗盐胁迫能力的影响 SGAT活性提高材料S27、S38的白叶枯和稻瘟病抗性没有明显改善，稻瘟病抗性反而下降；SGAT活性降低材料S32-N的白叶枯抗性也与野生型相当，说明SGAT活性变化对水稻的抗病能力没有明显影响。盐胁迫下SGAT活性提高材料S27、S38的相对电导率与野生型差异不显著，表明SGAT活性提高不能改善水稻抗盐胁迫的能力。