抗氧化剂引发对老化燕麦种子线粒体AsA-GSH循环的调控机制

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中文摘要：种子是植物重要的繁殖器官，在贮藏期间难免发生老化现象，导致活力降低，在生产中造成巨大经济损失。研究抗氧化剂引发在老化种子发芽中的作用机制，对提高种子活力及种质资源长期保存具有重要意义。本研究以“挑战者”燕麦(Avena sativa）种子为试验材料，分析抗氧化剂引发对燕麦老化种子发芽和幼苗生长，种胚线粒体抗坏血酸-谷胱甘肽( ascorbate-glutathione，AsA-GSH )循环、胚细胞超微结构，以及基因表达的影响，并通过拟南芥转基因进行验证。主要结果如下: (1) 将燕麦种子进行人工加速老化(45℃，相对湿度80％) 5d 获得中等活力种子，研究抗氧化剂AsA和GSH 引发对燕麦老化种子发芽及幼苗生长的作用并筛选出适宜的引发浓度和引发时间。结果表明，1.5 mM AsA 引发24 h和0.2 mM GSH 的引发24h 的效果最好，可以显著提高燕麦老化种子的发芽率、发芽指数、活力指数、苗长、苗重、根长，并显著缩短平均发芽时间( P＜0.05)。 (2)以人工加速老化获得的中等活力燕麦种子为试验材料，研究1.5 mM AsA和0.2 mM GSH引发老化燕麦种子24 h对种胚线粒体H2O2，AsA-GSH循环中抗氧化酶、抗氧化物及线粒体超微结构的影响。结果表明，与老化种子相比，AsA引发处理后种胚线粒体中CAT、GR、MDHAR、DHAR活性显著升高，DHA含量显著升高，H2O2含量显著降低;GSH引发处理后种胚线粒体中CAT和GR活性显著升高，H2O2含量显著降低(P＜0.05)。线粒体超微结构观察结果表明，AsA引发后老化种子的种胚细胞结构修复，核膜双层结构清晰可见，线粒体结构恢复正常，内部嵴结构完整，基质紧密。 (3)将老化种子、H2O引发的老化种子、1.5 mM AsA引发的老化种子吸胀36h和96h后取样进行转录组测序，研究AsA引发对燕麦老化种子转录水平的影响。结果表明，AsA引发后主要通过提高苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、植物激素信号转导以及抗氧化系统等途径中相关基因的表达量来响应种子老化。其中，在抗氧化系统中，AsA引发通过上调AsA-GSH循环过程APX和DHAR等抗氧化酶基因表达量缓解氧化损伤;在植物激素信号转导通路中，AsA引发通过激发生长素、细胞分裂素、油菜素甾醇和水杨酸代谢通路中相关基因上调，来促进种子的萌发和幼苗生长，缓解老化对种子萌发的抑制作用。 (4)以野生型和转AsDHAR基因拟南芥种子为试验材料，人工加速老化2d后，研究老化对过表达AsDHAR基因种子萌发和抗氧化生理的影响。结果表明，老化处理后转基因种子比野生型的活力高，AsA-GSH循环中抗氧化酶活性及抗氧化物含量有一定的升高，说明AsDHAR基因通过提高AsA-GSH循环对氧化损伤的防御能力来提高种子活力。综上所述，抗氧化剂通过影响燕麦老化种子线粒体生理、细胞超微结构和差异表达基因以及相关代谢通路来促进老化燕麦种子发芽及幼苗生长，同时DHAR基因在引发后显著上调。老化处理过表达AsDHAR基因拟南芥种子，发现燕麦AsDHAR基因通过提高种胚线粒体AsA-GSH循环对氧化损伤的防御能力来提高种子活力，缓解老化对种子萌发的抑制作用。

作者：

洪流

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关键词：

老化燕麦种子抗氧化剂线粒体 AsA-GSH循环调控机制

授予学位：

硕士

学科专业：

草学

导师：

毛培胜

学位年度：

2023

学位授予单位：

中国农业大学

语种：

中文

中图分类号：