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抗坏血酸(L-ascorbic acid,AsA)普遍存在于植物组织中,既可以直接同活性氧反应,又可以作为酶的底物清除活性氧,保护植物抵抗有氧代谢、光合作用以及环境胁迫所造成的氧化伤害。抗坏血酸可作为紫黄质脱环氧化酶辅酶而参与叶黄素循环中玉米黄质的合成。在维生素E的再生中充当还原剂,并与生育酚共同作用,降低膜磷脂的过氧化。抗坏血酸还可以进一步代谢为草酸,以草酸钙的形式存在于植物中,调节细胞内钙的平衡,还可以螯合铝等有毒金属离子,在植物抵抗环境胁迫中起重要作用。此外,抗坏血酸还是光合作用的电子供体和线粒体的电子载体,并且直接或间接地参与植物细胞的增殖和伸长过程,因此在植物的生长发育过程中,抗坏血酸具有重要的生理作用。
本文以提高了抗坏血酸含量的转ALD基因烟草为材料,研究内源抗坏血酸在植物耐铝和UV-B辐射中所起的作用。主要结果如下:
1.受到铝胁迫的烟草,在转ALO基因烟草根尖,H<,2>O<,2>含量比野生型少:转基因烟草叶片与根部的MDA含量也明显比野生型低。在增强UV-B辐射后的转基因烟草叶片H<,2>O<,2>的含量明显比野生型少,叶片MDA含量明显比野生型低,相对电导率也比野生型低。说明转基因烟草比野生型更能抵抗由铝毒和UV—B辐射引起的氧化伤害。
2.对受过铝胁迫的烟草根尖染色后,发现转基因烟草根尖的苏木精着色程度比野生型低,说明转基因烟草根尖积累的铝离子量比野生型少,具有较强的耐铝胁迫能力。
3.在烟草受到铝胁迫和UV-B辐射后,转基因烟草与野生型烟草抗氧化酶活性的变化趋势一样,而且变化的幅度差异不明显。说明转基因烟草主要不是通过抗氧化酶类来抵抗由铝毒和UV—B辐射所引起的氧化胁迫。
4.在正常生长条件下,转基因烟草叶片的AsA、 AsA+DHA含量比野生型高。受到铝毒胁迫和UV-B辐射后,AsA和AsA+DHA的含量有所下降,但是转基因的AsA和AsA+DHA的含量仍比野生型高。说明内源的AsA含量的提高,有利于机体抵抗由铝毒和UV-B引起的氧化伤害。
5.在正常生长条件下,转基因烟草叶片和根系的GSH、GSH+GSSG含量比野生型高。受到铝毒胁迫后,GSH和GSH+GSSG的含量有所下降,但是转基因烟草的GSH和GSH+GSSG的含量仍比野生型高。在UV-B辐射后,野生型烟草的GSH和GSH+GSSG降低了,但是转基因烟草维持处理前的水平。说明内源的AsA含量的提高,促使GSH含量增加,有利于机体抵抗由铝毒和UV-B辐射引起的氧化伤害。
6.在正常生长条件下以及铝胁迫处理后,转基因烟草的内源总的草酸含量略比野生型高,但是可溶性草酸则与野生型差异不大。说明植物内源抗坏血酸的提高会使得其内源总的草酸含量提高,而对可溶性草酸无影响,草酸含量的提高,可以螯合铝离子以减少其对机体的伤害。
7.在正常生长条件下,转基因烟草分泌的草酸明显比野生型多,在铝处理后,烟草分泌的草酸含量增加,但是转基因烟草的分泌的草酸含量仍明显比野生型多。说明,内源抗坏血酸含量的提高,为草酸的合成提供了充足的前体物质,所以可以通过分泌更多的草酸来螯合铝离子以减少其对转基因型烟草的毒害。
8.在受到UV-B辐射后,转基因烟草的叶绿素荧光参数F<,v>/F<,m>、Ф<,PSⅡ>、qp及NPQ值都比野生型高,说明转基因烟草能减缓UV-B辐射对PSⅡ的伤害,维持电子传递链的传递,增强了抵抗UV-B辐射引起的氧化胁迫的能力。
综上所述,转基因烟草体内ALO基因的表达,提高了植株体内AsA的含量,从而增强了植株对铝毒和UV-B辐射的耐性。在转基因烟草中,高含量的AsA既能作为抗氧化剂保护植株抵抗由铝毒和增强的UV-B辐射引起的氧化伤害,又能作为合成草酸的前体物质,提高植株体内草酸的含量和根系草酸的分泌,从而缓解铝毒引起的伤害。