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植物病毒对环境、食物供给,特别是可利用食物的质量、安全、差异性,有着重大的影响。植物病害造成了巨大的经济损失:1971年至1981年,东格鲁水稻病毒(Rice tungro virus)对水稻在亚洲造成了15%-30%的经济损失;1975年大麦黄矮病病毒(Barley yellow dwarfvirus)造成了乌克兰的大麦减产了60%。况且,一直增加的世界人口和减少的耕地面积,也要求更高的生产能力;植物病毒早期监测,在提供高质量、安全的食品中,一定会起到重要的作用。
植物病毒的检测方法很多,归纳起来主要是,症状检测法、酶联免疫吸附法(EISA)、电子显微镜法、聚合酶链式反应法(PCR)。这些方法都有自己的优点,但是,它们公共的缺点,即以出现症状为基础,不能实现早期检测。发展植物病毒的早期病毒检测方法,对切断病毒感染源、控制病毒传染,有着重大的意义。
本文利用荧光探针,在植物病毒侵染早期检测氧化爆发,实现植物病毒的早期检测。植物在受到病毒入侵时,在入侵的部位快速生成大量的以过氧化氢和超氧阴离子为主的活性氧,作为一种快速防御手段来杀死病毒。这种大量的活性氧快速产生,称为氧化爆发;氧化爆发是植物在病毒胁迫下的早期生理特征,本文致力于利用这种生理特征检测植物病毒病。病毒传染早期,在监测区域里只有一部分植株处于病毒胁迫之下,使一部分植物处于活性氧升高的状态下;而对于高光、高温、低温、干旱等胁迫,监测区域中所有的植物都处在胁迫之下,使所有植株处有活性氧升高状态。就是说,就群体而言,病毒胁迫下区域内植株体内的活性氧水平不同,这样能进一步减少其他活性氧诱导因素(胁迫)对利用氧化爆发监测植物病毒病的影响。活性氧爆发是在短时间内完成的,这对利用活性氧爆发监测病毒病有了一定的限制;但是烟草花叶病毒移动速度较慢:在韧皮部的移动速度是3.5cm h-1。植物病毒在植株体内较慢的移动速度,使在群体水平上,总有一些叶片处于氧化爆发的状态;统计方法用于发现这种群体特征。通过氧化爆发检测植物病毒病的方法最终实现。
空气中的二氧化硫(SO2)进入植物体内,在液相中快速溶解;可能诱导了活性氧产生,造成了光合速率下降,最终影响作物产量!在本文的研究中,借助荧光探针二氯荧光素二乙酸酯(H2DCFDA)和激光扫描共聚焦显微镜,实现了菠菜细胞内的活性氧的直观检测。结果表明,SO2胁迫下,植物表皮组织内DCF荧光显著增加,表明产生了大量的活性氧。本文中,也讨论了NADPH氧化酶在亚硫酸盐诱导的氧化胁迫的作用。亚硫酸盐胁迫下,NADPH氧化酶活性和活性氧都有显著的升高;这两者的升高都能被NADPH氧化酶的抑制剂(二亚苯基碘鎓和喹纳克林)所抑制,而且,抑制剂对二者升高的抑制作用趋势,十分相近。并且,在离体的叶绿体溶液,在亚硫酸盐胁迫下,几乎不产生活性氧。以上实验表明,ROS参与了SO2诱导的胁迫;SO2诱导的ROS,来自于NADPH氧化酶。