高温胁迫对小麦叶绿体psbA基因表达的影响及其调节

小麦是我国北方最主要的粮食作物，温度是影响小麦生产的重要环境因子之一。在光合器官中，光系统Ⅱ（PSⅡ）是对高温最为敏感的组分。黄淮冬麦区灌浆期高温逆境发生频繁，使小麦PSⅡ功能过早衰退，造成籽粒发育受阻，产量锐减。psbA基因编码的D1蛋白是逆境损伤PSⅡ的主要靶位。本项目以本地栽培的小麦为材科，应用分子生物学的研究方法，主要研究：①高温胁迫下小麦叶绿体psbA基因表达的变化，及其与D1蛋白周转以及PSⅡ功能修复的关系；②水杨酸、甜菜碱预处理，对小麦叶绿体psbA基因表达的影响和高温损伤PSⅡ修复的作用以及保护机理。本项目有工作基础，研究结果不仅能够从基因水平上丰富光合作用热抑制理论，完善小麦抗高温胁迫的分子调控机理，而且对指导小麦的抗热生产，防止光合功能过早衰退提供科学依据。

小麦是我国北方最主要的粮食作物。黄淮冬麦区灌浆期高温逆境发生频繁，使小麦PSII功能过早衰退，造成籽粒发育受阻，产量锐减。psbA基因编码的D1蛋白是逆境损伤PSII的主要靶位。本项目以本地栽培的小麦为材料，应用分子生物学的研究方法，主要研究了高温或干旱胁迫下小麦叶绿体psbA基因表达的变化，及其与PSII功能修复的关系，以及外源水杨酸（SA）、甜菜碱（GB）、硝普钠（SNP）、脱落酸（ABA）等预处理对小麦叶绿体psbA基因表达的影响、逆境损伤PSII修复的作用及其保护机理。研究结果表明：①高温强光胁迫能够明显抑制小麦PSII的功能，降低叶片叶绿素含量，叶片PSII光化学活性以及净光合速率等指标显著降低。这种PSII功能受损与psbA基因的转录表达以及抗氧化物酶的受抑制作用有密切的联系。②外源SA处理可以保护高温强光胁迫下灌浆期小麦的PSII复合物，这种保护作用可以通过促进psbA基因的转录水平，进而加快D1蛋白的从头合成，同时也可以通过维持较高的抗氧化物酶活性，以避免或减轻小麦的光合氧化胁迫，这些都有利于高温强光胁迫下灌浆期小麦PSII的功能修复。③外源GB处理有利于高温强光胁迫下灌浆期小麦PSII功能的修复，并且与psbA基因正常转录的维持以及内源GB的聚集有关。此外，外源GB处理对小麦的保护作用也与气孔开放的调节有密切联系。④外源SNP和ABA处理可以阻止干旱胁迫下灌浆期小麦叶片水分的损失，这种保护作用可通过提高抗氧化物酶的活性、以及提高psbA基因的转录水平以保护PSII功能来实现。本项目的研究结果不仅能够从基因水平上丰富光合作用热抑制理论，完善小麦抗高温胁迫的分子调控机理，而且对指导小麦的抗热生产，防止光合功能过早衰退提供科学依据。本项目严格按照原定计划执行，顺利实现了拟定研究目标，发表论文5篇，其中SCI收录论文2篇。