238 resultados para O2-


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本文以我国特有的冬枣果实为试材,系统地研究了冬枣果实在室温、低温和不同O2和CO2浓度气调贮藏条件下的生理特性、风味品质和贮藏性,提出了适合于冬枣果实生理特性的气调指标和贮藏时间;分析了冬枣在不同贮藏条件下果实硬度、颜色、叶绿素和花青素、可溶性固形物、可滴定酸、Vc、乙醇和乙酸乙酯等物质成分的含量变化及与果实风味品质的关系;同时也分析了多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、多聚半乳糖醛酸酶(PG)和脂氧合酶(LOX)的活性变化情况以及丙二醛(MDA)含量和膜透性的变化情况,揭示了它们与冬枣果实转红、酒化、褐变、软化、衰老、及耐贮性的关系。对冬枣果实在气调贮藏中的生理反应和品质变化的研究,为形成冬枣果实采后商业化贮藏的系列配套技术提供了理论依据。试验结果表明: 1、冬枣果实在不同贮藏环境下品质的变化:随着贮藏时间的延长,冬枣果实Vc含量呈明显下降的趋势,CA处理能有效地抑制果实Vc含量的下降;不同贮藏条件对冬枣果实SSC影响不大;冬枣果实花青素的含量随贮藏时间逐渐下降,高O2浓度(70%)动态气调与其它处理相比,能更有效保持冬枣果实果皮的颜色及花青素和叶绿素的含量,以及果实的亮度、颜色饱和度和色度;同时,还能降低贮藏前期冬枣果实乙醇释放量。 2、冬枣果实在不同贮藏环境下生理的变化:(1) PG 酶是影响冬枣果实软化的主要因素,冬枣果实中存在内切和外切两种PG 酶,在冬枣果实的成熟过程中,Exo-PG和Endo-PG迅速积累,并呈现较高的活性,多聚半乳糖醛酸酶活性与冬枣果实的软化密切相关。CA贮藏与普通冷藏相比,可有效地抑制冬枣果实多聚半乳糖醛酸酶的活性和延缓果实软化,其中以5% O2的CA贮藏的效果最好。(2)膜质过氧化是造成冬枣果实褐变的主要因素,在室温下冬枣果实细胞膜透性随贮藏时间逐渐上升,CA贮藏在贮藏前中期可有效控制MDA含量的上升和果实褐变的发生,有利于降低膜脂过氧化程度,保护细胞膜结构并延缓果实衰老。冬枣果实褐变与PPO活性关系不大,但与膜透性及膜质过氧化作用的产物—丙二醛(MAD)含量变化显著相关。(3)冬枣果实采收时的SOD活性很低,在25 C下,果实SOD活性急剧上升,低温贮藏条件下,果实SOD活性出现两次高峰,第一次高峰为果实后熟的标志,第二次高峰标志着果实的衰老。(4)在不同贮藏条件下,冬枣果实PAL活性均随贮藏期的延长而呈现下降趋势。 3、影响冬枣果实贮藏性的生理因素:冬枣果实的衰老与活性氧代谢失调和防御体系活力下降有关,随着果实衰老的出现,果实的POD、CAT等保护酶活性均呈现明显下降的趋势。气调贮藏在前期能显著提高冬枣果实POD的活性,而在后期又显著抑制了POD活性的上升,说明POD在果实贮藏初期表现为保护效应,而在后期则表现为伤害效应。 4、冬枣果实适宜的贮藏条件:与普通冷藏相比,气调贮藏(CA)能明显地延缓果实衰老,减少腐烂和褐变,保持风味品质和延长贮藏时间。其中以较高O2浓度的(10% O2 + 0% CO2)气调贮藏效果最好。气调贮藏与杀菌剂配合有利于延长冬枣的贮藏期,0.1%的施保克和0.1%戴挫霉处理能有效控制冬枣果实贮藏期间的腐烂,延长贮藏时间,施保克的防腐效果好于戴挫霉。 5、拮抗菌和病原菌处理对冬枣果实抗性相关酶的诱导:接种拮抗菌+病原菌或只接种病原菌能诱导冬枣果实蛋白含量的显著升高,说明拮抗菌和病原菌处理诱导了果实病原相关蛋白的积累。在常温条件下,拮抗菌和病原菌处理抑制了冬枣果实的CAT酶活性,诱导了SOD和POD活性的上升。同时果实的蛋白含量也显著升高。在低温条件下,CAT和SOD活性受抑制,POD、PPO和 PAL活性被诱导并显著高于正常果实。这说明拮抗菌处理的冬枣果实可能通过加强氧化酶活性的方式来达到抗病的效果。拮抗菌和病原菌处理后,该部分组织的氧化酶活性加强,它们可以分解毒素,促进伤口愈合,抑制病原菌水解酶活性,从而抵抗病害的扩展。PAL是催化莽草酸途径的关键酶,可合成酚、植保素和木质素,而这些物质均与植物抗性有关。

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我们实验室从果实表面分离获得的酵母拮抗菌已经证明能有效防治各种果实采后主要病害,为了加快生物拮抗菌的商业化应用,本文在完善拮抗菌抑病机理的基础上,重点研究了拮抗菌规模化培养条件,生物菌剂制品的稳定性,以及拮抗菌对环境胁迫的生理反应。主要研究内容包括:(1)分析酵母菌拮抗菌、病原菌与果实之间的互作效应及其影响因子;(2)筛选酵母拮抗菌规模化培养的最佳营养配方及培养条件;(3)优化酵母拮抗菌干粉与液体剂型的制备方式;(4)研究酵母拮抗菌在不同剂型中生活力下降的可能机理;(5)探讨酵母拮抗菌次生代谢产物的抑菌效果。研究结果如下: 1、单独接种Monilinia fructicola或同时接种M. fructicola和Cryptococcus laurentii均能诱导甜樱桃果实SOD、CAT和POD等抗氧化酶活性升高并加速脂质过氧化,同时伴有PPO同工酶新酶带出现。病原菌M. fructicola和Penicillum expansum在接种初期均显著促进拮抗菌C. laurentii在桃果实伤口处的生长。C. laurentii在接种24h内显著抑制桃果实LOX活性、O2•-产生与H2O2积累。单独接种病原菌能显著诱导桃果实LOX活性升高,促进O2•-产生,但抑制H2O2积累。病菌侵染后果实中 O2•-增加,以及H2O2的降低可能是桃果实对病原菌侵染的一种生理应答方式。 2、抗坏血酸钠能显著提高C. laurentii对甜樱桃果实褐腐病的防治效果,较低浓度的拮抗菌( 1×107 cells mL-1)与200mM抗坏血酸配合使用可以达到较高浓度拮抗菌(1×108 cells mL-1)单独使用对M. fructicola的防治效果。抗坏血酸钠的协同抑病机理可能是在抑制病原菌生长的同时,也抑制了果实的抗氧化酶活性,从而加速了脂质过氧化过程。 3、酵母菌产业化培养条件的筛选结果表明,不同拮抗菌对培养基中营养物质的需求不一样,培养所需的温度有差异。在120L发酵罐的中试实验表明两种拮抗菌采用筛选出的最佳培养条件均得到浓度大于1× 109 CFU mL-1的菌悬液。 4、保护剂种类是影响Rhodotorula glutinis 和 C. laurentii两种酵母拮抗菌冷冻干燥效果的最主要因素,但保护剂效果的发挥依赖于其浓度与酵母菌生长阶段。无菌水和PBS(100mM, pH5.8)可以作为拮抗菌C. laurentii液体剂型的有效保护剂,而柠檬酸钠(100mM, pH5.8)则诱导拮抗菌C. laurentii的生活力快速丧失。 5、酵母菌拮抗菌冻干制品的研究表明,在胁迫环境下酵母菌生活力快速丧失与大量产生活性氧有关,这暗示活性氧的产生可能是导致酵母菌细胞死亡的主要因素。柠檬酸钠(100mM, pH5.8)对C. laurntii死亡的诱导效应受柠檬酸根浓度和介质酸度的双重影响。活性氧在柠檬酸钠诱导酵母菌生活力快速丧失中大量产生并发挥重要作用。 6、酵母拮抗菌能够产生某些对果实采后病原真菌具有抑制效果的挥发性和不挥发性物质。同一种酵母菌产生的物质对不同病原菌有不同的拮抗效果,而不同酵母菌对同一种病原菌的拮抗效果也不完全相同。但是,不同类型的培养基对拮抗菌产生的抑菌物质有明显的影响。

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近年来,利用酵母拮抗菌进行果实采后病害的生物防治已经成为果实采后领域的研究热点。但是,在实际应用中生物拮抗菌制剂的防病效果远不如化学药剂稳定。由于生物拮抗菌是活体,生活力和生防效力易受诸多因素影响。在商品化制剂的剂型加工、销售、以及使用过程中的环境条件往往影响酵母拮抗菌的生活力和抑病能力,成为酵母拮抗菌产业化生产和商品化应用过程中的一个主要障碍。将酵母拮抗菌和其它化学物质配合使用可以提高拮抗菌的生防效力。另外,增加酵母拮抗菌对逆境条件的耐受力也是增加或稳定其防治效果的有效途径。本文研究了海藻糖与酵母拮抗菌生活力和生防效力的关系,通过生理手段提高了酵母拮抗菌内源海藻糖的含量,同时探讨了在多种逆境条件下内源海藻糖含量对酵母拮抗菌生活力和生防效力的影响及其作用机制。主要研究结果如下: 1. 以1 %海藻糖作为碳源培养酵母拮抗菌Cryptococcus laurentii可以提高其内源海藻糖含量。在in vitro试验中,提高内源海藻糖含量可以提高C. laurentii在低温(1 ºC)、气调(1 ºC,5 % O2,5 % CO2)条件下的生活力;在in vivo试验中,提高C. laurentii内源海藻糖含量可以提高其在苹果果实伤口上的种群密度和对苹果青霉病的防治效果。内源海藻糖的积累还能提高C. laurentii冷冻干燥后的生活力,海藻糖对酵母细胞质膜的保护作用可能是一个主要原因。 2. 以1 %海藻糖作为碳源能提高酵母拮抗菌Rhodotorula glutinis的内源海藻糖含量。内源海藻糖含量的增加可以提高C. laurentii和R. glutinis在慢速冷冻处理中的生活力。同时,海藻糖作为外源保护剂可以明显提高两种酵母拮抗菌在冷冻干燥处理后的生活力。在快速冷冻、慢速冷冻和冷冻干燥处理中,提高酵母拮抗菌的内源海藻糖含量并使用海藻糖作为外源保护剂可以获得更高的生活力。同时,这种内、外源保护因子的综合作用也可以提高两种拮抗菌在苹果果实伤口上的种群密度和对苹果青霉病的防治效果。 3. 脱脂牛奶和糖(葡萄糖,半乳糖,蔗糖,海藻糖)作为保护剂可以提高C. laurentii冷冻干燥后在常温(25 ºC)和低温(4 ºC)保存过程中的生活力。脱脂牛奶和糖保护剂的复合使用对C. laurentii的保护效果高于其单独使用的效果。通过对几种常用的碳源进行筛选,发现柠檬酸作为碳源对C. laurentii内源海藻糖的积累有明显的诱导作用。当使用相同的保护剂或保护剂组合时,高内源海藻糖含量的酵母拮抗菌生活力更强。当冷冻干燥前使用半乳糖 + 脱脂牛奶作为保护剂时,高内源海藻糖含量的C. laurentii在4 ºC保存90 天后对苹果青霉病的防治效果和与新鲜培养的酵母拮抗菌相当。 4. 酵母拮抗菌C. laurentii冷冻干燥后在常温(25 ºC)保存期间,细胞生活力下降,细胞膜的完整性降低,胞内活性氧水平增加,同时与抗氧化相关的超氧化物歧化酶(SOD)活性也增加,而过氧化氢酶(CAT)活性则下降。提高内源海藻糖含量和/或使用外源保护剂(5 %脱脂牛奶 + 10 %葡萄糖)可以减缓上述指标下降或上升的速度。内、外源因子的共同作用有利于提高对拮抗菌细胞的保护作用。 5. 利用褐藻酸钠制成的含酵母拮抗菌的胶球在干燥后能有效的保持C. laurentii的生活力。在3种不同粘度的褐藻酸钠中,0.5 % 3500 cp的褐藻酸钠表现出较好的保护效果。内源海藻糖的积累可以提高干胶球中C. laurentii的生活力,作为外源保护剂的4种糖(葡萄糖、半乳糖、蔗糖、海藻糖)中只有海藻糖在低温条件下可以提高C. laurentii的生活力,其它3种糖反而降低了C. laurentii的生活力。

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衰老和冷害是果实采后极易发生的两种重要的生理性失调,严重影响了果实的商品质量和市场价值。本论文选用在采后贮藏期间容易衰老和出现冷害的枇杷、杧果和桃果实作为研究材料,比较深入系统地研究了这些果实采后衰老或冷害的机理和调控。主要的研究内容包括:(1)枇杷果实在不同贮藏条件下(低温、气调)的生理代谢、品质变化、衰老进程和贮藏性;(2)杧果果实采后生理特性及外源草酸和水杨酸处理对杧果冷害、品质和活性氧代谢的影响;(3)桃果实在低温贮藏下冷害发生特征,并从氧化还原平衡和蛋白质组表达方面探讨了桃果实采后冷害的发生机理。 试验结果表明:(1)与自发气调包装(MAP)相比,气调(CA, 10% O2+1%CO2)能更有效的抑制枇杷果实的腐烂、延缓衰老、保持品质,以及控制多聚半乳糖醛酸酶(PG)和多酚氧化酶(PPO)的活性。枇杷果实在1 ºC气调下贮藏50天,腐烂指数低于7%,并保持固有的风味品质。短时间的高氧处理对果实腐烂和品质影响不大,促进了贮藏后期果实内乙醇的积累;(2)外源草酸和水杨酸处理显著减轻了杧果果实在贮藏期间的冷害程度,但对果实的硬度、可溶性固型物和可滴定酸含量影响不大。外源草酸和水杨酸提高了果实内抗坏血酸和谷胱甘肽的还原状态、提高了H2O2含量、降低了O2-含量和脂氧合酶活性,并提高了超氧化物岐化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶、抗坏血酸氧化酶和谷胱甘肽还原酶的活性;(3)与非冷害桃果实相比,冷害桃果实呈现较低的H2O2含量、较高的膜透性、较高的酚类物质含量以及较高的抗坏血酸和谷胱甘肽还原状态。水杨酸对果实内H2O2含量、膜透性、酚类物质含量有显著的影响。冷害桃果实与非冷害桃果实的蛋白质表达也有明显的区别,32个差异表达蛋白依其功能分为8类,分别为能量产生、代谢、次生代谢、抗性、蛋白质的分布、基因转录、细胞结构和细胞生长。水杨酸对其中20个蛋白质的表达有显著影响。烯醇化酶、脂质运载蛋白、脱水蛋白、分支酸变位酶以及桂醇脱氢酶等与桃冷害发生有密切关系。 通过对上述结果的分析,得出如下结论:(1)与MAP相比,CA(10% O2 + 1% CO2)可显著延缓枇杷果实的衰老、腐烂和品质下降,CA延缓枇杷衰老的作用机理可能与其减轻果实内氧胁迫、降低PG和PPO活性有关;(2)用外源草酸或水杨酸处理杧果,可减轻贮藏期间果实的冷害程度,其调控机制可能与提高果实抗坏血酸和谷胱甘肽的还原状态、抑制O2-含量和提高H2O2含量有关;(3)在低温贮藏下,桃冷害发生与果实内较低的H2O2含量、生物膜完整性的破坏以及酚类物质含量增加密切相关,果实生物膜完整性的破坏与烯醇化酶、脂质运载蛋白、过敏蛋白以及脱水蛋白的下调表达有关,而酚类物质含量的增加与分支酸变位酶、桂醇脱氢酶的上调表达有关。

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本文以桃(Prunus persica L. cv. Bayuecui.)栽培种‘八月脆’和芒果(Mangifera indica L.)栽培种‘圣心’为材料,研究外源草酸对采后果实的生理生化效应及其作用机理,为果实贮藏保鲜提供新方法。采后桃果实用1、5 mM的草酸溶液浸果10 min,以浸水10 min为对照,然后在常温下贮藏,测定果实在贮藏期间对草酸处理的一些生理生化反应。芒果经采后杀菌剂(post- P)、采后草酸(post-OA)、采前+采后草酸(pre-OA + post-OA)、采前Ca + 采后草酸处理(pre-Ca + post-OA)处理,以采后浸水为对照,然后分别将果实在常温(25 C)、低温(14 C)和控制性气调(3% CO2 + 2% O2 ,14 ± 1 C)下贮藏,测定草酸处理对芒果的成熟进程、病情发展及其相关生理指标的影响。研究结果表明如下: 1.与对照相比,草酸处理的桃果实在贮藏期间果实的电解质渗漏量和呼吸速率降低、果实硬度高、果实的抗氧化酶(超氧化物岐化酶、SOD;过氧化物酶,POD;过氧化氢酶、CAT;抗坏血酸过氧化物酶、APX)和多酚氧化酶(PPO)活性提高、脂氧合酶(LOX)活性降低。同时,在贮藏后期,果实的活性氧自由基(ROS)产量(超氧阴离子、O2.;过氧化氢、H2O2)和丙二醛(MDA)含量降低。草酸的这些生理效应有利于保持膜的完整性和延缓桃果实的成熟;草酸诱导POD、SOD、PPO活性可能有助于提高采后果实的抗病性。 2.外源5、10 mM浓度的草酸(pH值中和或不中和)对芒果炭疽病原菌(Colletotrichum gloeosporioides)孢子萌发和菌丝生长均表现出显著的抑制作用。这种作用不仅与草酸降低培养基(PDA)的pH值相关,而且与草酸独特的化学特性相关。 3.在常温、低温和控制性气调贮藏下,采后草酸、采前 + 采后草酸、采前Ca + 采后草酸处理均能有效减缓芒果果实的软化速率,延缓芒果的成熟进程,降低芒果的病情指数,同时改善芒果成熟时的表皮着色,对果实完全后熟时的可溶性固形物(SSC)、可滴定酸(TA)含量、果肉口感均没有产生负面的影响。 4.草酸处理增强芒果细胞膜的稳定性,诱导提高芒果抗氧化酶活性,特别是提高果皮SOD、APX活性,降低LOX活性,以及降低果皮O2.、H2O2 和果肉H2O2含量,抑制采后果实的乙烯生物合成。这些生理生化效应与延缓芒果的成熟衰老和提高果实的抗病性相关。 5. 采后草酸、采前 + 采后草酸和采前Ca + 采后草酸处理表现出高效低廉、无毒无副作用、易操作等优点,是芒果采后贮藏保鲜的可供选、具有实际应用前景的新方法。

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角质层是果实抵御外界环境胁迫的一个屏障,既能调节果实自身的生理活动,也能增加对病原菌入侵的抵抗力,在果实贮藏保鲜中具有重要的作用。本文利用傅里叶变换红外光谱检测(Fourier-transform-infrared-spectroscopy)法,重点研究了不同贮藏条件下果实角质层和果肉细胞壁成分变化,及对果实品质和贮藏性的影响,为进一步阐明角质层在果实贮藏保鲜中的作用提供依据。研究内容包括:(1)壶瓶枣果实在冷藏和气调下软化率、品质、角质层和果肉细胞壁成分变化;(2)即时冷藏和延迟冷藏下,桃果实好果率、品质、角质层和果肉细胞壁成分变化;(3)采前喷施氯化钙或油菜素内酯对甜樱桃单果重、品质、果肉细胞壁结构以及耐贮性的影响。 试验结果表明:(1)与冷藏(-1±1 ºC)相比,气调贮藏(10% O2 + 0% CO2, -1±1 ºC)能够显著降低壶瓶枣软化率,更好地保持果实的硬度、可溶性固形物(SSC)和可滴定酸(TA)含量以及较高含量的果肉细胞壁物质和较低含量的角质层物质。(2)与延迟冷藏(25 ºC,48 h后转入0 ºC)相比,即时冷藏使“八月脆”桃果实能保持较高的果实硬度和好果率,显著减慢TA含量下降,能保持较高含量的果肉细胞壁物质和角质层物质,但对SSC和Vc含量没有显著的影响。(3)与对照相比,采前喷施CaCl2(1%,m/v)能够增加“红灯”(6.94%)的单果重,对甜樱桃果实的品质指标(硬度、SSC、TA)和细胞壁结构没有明显的影响。(4)与对照相比,采前喷施0.15 mg•L-1油菜素内酯能增加“红灯”(3.68%)和“大紫”(8.61%)的单果重,降低“红灯”果实的自然腐烂率,并不影响果实的品质指标(硬度、SSC、TA)。 这些研究结果说明:(1)与冷藏(-1±1 ºC)相比,气调贮藏(10% O2 + 0% CO2, -1±1 ºC)更利于壶瓶枣果实贮藏保鲜;(2)与延迟冷藏(25 ºC,48 h后转入0 ºC)相比,即时冷藏(0 ºC)更利于“八月脆”桃果实贮藏保鲜;(3)气调贮藏和即时冷藏通过调节果实角质层和细胞壁代谢等途径发挥作用。气调贮藏会降低壶瓶枣果实角质层物质含量,增强其透气性,减少壶瓶枣酒软发生;但即时冷藏会延缓“八月脆”桃果实角质层降解,维持角质层物质较高的含量以及结构完整性,以充分发挥角质层的保护作用,减缓果实的软化进程,维持果实硬度和品质;(4)采前适当浓度的钙或油菜素内酯处理对增加甜樱桃单果重,降低自然腐烂率有一定的作用,但在不同品种中的作用效果有差异。

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青蒿素是从我国传统药用植物中药青蒿(Artemisia annua L.)中提取的新型抗疟特效药,其生物合成途径属于植物类异戊二烯代谢途径。目前,青蒿素生物合成的组织部位及其调控机制仍不完全清楚。紫穗槐二烯合酶(amorpha-4, 11-diene synthase, ADS)作为青蒿素生物合成分支途径的第一个关键酶,催化倍半萜化合物的通用前体法呢基焦磷酸环化,生成紫穗槐二烯。本论文通过对ADS 表达特性的分析,研究了青蒿素生物合成的组织特异性及其调控机制,主要研究结果如下: 一.紫穗槐二烯合酶基因启动子功能的研究 从青蒿高产株系001 中克隆得到了2850 bp 的ADS 启动子调控区。通过比较5’RACE 的测序结果与启动子序列,确定转录起始位点位于翻译起始位点上游44 bp,TATA 盒下游27 bp。该启动子序列包含的顺式作用元件有脱落酸应答元件(ABRE )、乙烯应答元件(ERE)、生长素应答元件(AUXRE)等植物激素反应元件,以及低温应答元件(LTRE)、高温应答元件(HSE)等与逆境有关的反应元件,还有与真菌诱导有关的W-box 元件等。将不同长度ADS 启动子与报告基因GUS 融合,构建了植物表达载体,通过农杆菌介导的方法获得稳定整合的转基因烟草。经过组织化学、GUS 荧光活性检测及RT-PCR 分析,发现该启动子的转录活性很低,无法通过GUS 染色进行观察。GUS 荧光活性检测及RT-PCR 结果表明,转录起始位点上游346 bp 是ADS 基础表达所必需的。高温、低温、干旱、水杨酸、茉莉酸甲酯等处理均能促进青蒿中ADS 的表达,而脱落酸和乙烯的作用效果较小,与启动子序列分析的结果并不完全一致。 二.紫穗槐二烯合酶基因表达特性的研究 以青蒿高产株系001 为材料,在基因和蛋白水平揭示了ADS 的表达特性。RT-PCR 和Western 分析结果表明,ADS 在幼叶和花蕾中大量表达,在老叶和完全开放的花中表达量很低,而在青蒿的根和茎中几乎检测不到ADS 的表达。石蜡切片和整体原位杂交的结果表明,ADS 在顶端分生组织、叶原基及分泌腺毛中表达,在非分泌的T 型腺毛中不表达。当叶片完全展开后,ADS 只在分泌腺毛中表达,而且随着叶片的生长和老化,ADS 的表达量逐渐减少。另一个非常有趣的发现是同一叶片上的分泌腺毛,有些有ADS 的表达,有些则没有。用强光、低温、高温和水杨酸等因素处理后,有ADS 表达的分泌腺毛的比例没有明显的变化。 三.外源水杨酸促进青蒿素的生物合成 研究了外源水杨酸对青蒿素生物合成的影响,结果表明:1 mM 水杨酸处理后,青蒿叶片中的游离态水杨酸含量快速增加,处理后4 h 达到 0.79 μg g-1 FW,是对照的3.5 倍。外源水杨酸能够抑制青蒿中过氧化氢酶活性,提高抗坏血酸过氧化物酶活性,并通过对抗氧化酶活性的抑制引起青蒿体内活性氧水平的迅速升高。在处理后4 h,青蒿中H2O2 和O2-的含量分别达到对照的2.1 倍和2.4 倍。青蒿素含量在水杨酸处理后的前8 h 缓慢升高,随后升高的速度增加。外源水杨酸处理后8 h 和96 h,青蒿素含量分别达到9.1 mg g-1DW 和13.9 mg g-1DW,比对照高21.7%和75.8%。处理后8 h,青蒿酸的含量没有明显变化,随后开始增加。处理后16 h,青蒿酸的含量达到3.6 mg g-1DW,比对照高90%, 随后继续升高,至96 h 达到4.98 mg g-1 DW,比对照高127%。二氢青蒿酸的含量在处理后的8 h 内有所下降,随后缓慢升高。处理后8 h,二氢青蒿酸的含量降低了23.3%,随后二氢青蒿酸的含量开始升高,在处理后96 h,达到7.4 mg g-1DW,比对照高72.1%。外源SA 处理提高了青蒿素及其前体的总含量,在处理后1、2、4 天分别比对照提高了1.3、1.5 和1.8 倍。Northern 结果表明,水杨酸强烈诱导了青蒿素生物合成基因HMGR、ADS 的表达,但是对FPS、CYP71AV1 的诱导作用较小。这些研究结果表明,外源水杨酸至少通过两条途径诱导青蒿素的生物合成:一是通过诱导活性氧的产生促进二氢青蒿酸向青蒿素的转化;二是上调部分青蒿素生物合成相关基因的表达。根据这一研究成果,在青蒿田间栽培中,可以在收获前通过喷施水杨酸来快速、有效和低成本地提高青蒿素产量。

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人类活动能显著地改变生态系统的属性和功能。这些变化不仅发生在容易观察的局部层面上,如土壤沙化、植被退化等;还能更深刻地影响到微生物控制的温室气体释放,进而影响大尺度上气候的变化。本论文根据2 年田间试验结果报告了人类干扰(草地退耕和施肥)和降水增加30%对中国北部农牧交错区(内蒙古多伦县)半干旱草地生态系统生产力和温室气体排放的影响。 本研究发现氮是影响该区草地和弃耕地生产力的最重要因子,即使低量的氮肥应用(5 g N y-1)也能使该区草地地上净初级生产力(ANPP)增加36-46%。然而氮对草地生产力影响主要集中在地上部分,对地下净初级生产力(BNPP) 影响比较微弱。单独使用磷肥对ANPP 和BNPP 均无显著影响,氮磷混施对ANPP 有显著正交互作用。增加的降水对草地和弃耕地ANPP 和BNPP 有弱的正效应,增加30%降水使草地对照ANPP 增加9-25%,BNPP 增加12%-17%,弃耕地对照ANPP 增加7%-37%,BNPP 增加36%-37% 。草地和弃耕地对照ANPP 并无显著差别,由于高于弃耕地1-3 倍的BNPP,总体上草地比弃耕地有更高的固碳能力。这个结果也说明草地能更有效地把植物地上部分固定的碳转移到地下,这与草地长期发育积累的丰富地下根系和高根冠比物种组成有关。 水肥处理及土地利用方式也深刻改变了温室气体排放。温带草地和弃耕地CO2 排放(系统呼吸:Re)存在显著季节变化,温度、水分和地上生物量是控制这些变化的主要因子。在气候温暖的6-9 月份,生物量和土壤水分是决定系统呼吸季节变化主要因子,而与温度无明显相关。随着氮肥使用,草地和弃耕地呼吸速率加大,其温度敏感系数Q10 也明显升高,这主要与氮肥使用后增加的地上生物量有关。由于水分促进作用和生物量的弱增长,增加的降水也加大了草地和弃耕地CO2 排放。低的地下生物量和有机碳氮并没有导致弃耕地低的CO2 排放,显示了农垦后土壤结构破坏导致的有机碳分解增加不会在农业弃耕后短期内(5-6 年)停止。 除了对生物量的不敏感性外,中国北部半干旱生态系统N2O 排放表现出与CO2 排放类似的变化规律:水分和温度是N2O 季节变化的主导因子;氮肥使用和降水增加都增加了N2O 排放;N2O 排放在草地对照和弃耕地对照之间没有显著差别。更少的根系对无机氮的竞争导致了弃耕地比草地有更高的N2O 释放因子(单位氮添加所引起N2O 释放)。低的土壤水分(<70% WFPS )和无机氮都是限制反硝化发生的重要条件,因此硝化可能是草地和弃耕地N2O 的最主要来源。半干旱草地生态系统N2O 排放与CO2 排放之间存在着显著线性关系。 中国北部半干旱草地和弃耕地都起着CH4 汇的生态功能。水分是控制CH4 吸收季节变异的主导变量,土壤空隙水含量(WFPS)与CH4 指数递减方程能解释其变异的64%-83% 。增加的降水导致了土壤水分增加,从而引起甲烷氧化菌所需基质(CH4 和O2)扩散受阻,减小了土壤CH4 吸收功能。施肥并没有抑制CH4 吸收,相反由于施肥后植物速生对土壤水的抽干作用,施肥增加了植物速生期时的CH4 吸收。CH4 吸收对农垦引起的土壤微生物生境结构破坏非常敏感,在农业措施停止5-6 年后的弃耕地,CH4 吸收仍比草地低24%。 本研究初步分析了影响中国北部农牧交错区草地生态系统生产力及温室气体排放的自然环境因子和人为因子,给出了它们之间的定性、定量关系,为科学地管理中国北部草地,充分发挥其生态和经济效益功能提供了有效信息。

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本工作研究植物源CH4排放,即植物本身生成的CH4,不是厌氧微生物代谢产生的。目前对植物是否直接排放甲烷仍然存在很大争议:一方面实验中观测到的植物甲烷排放率差异较大;另一方面对植物甲烷排放内在机理仍不清楚。本文以旱生植物冷蒿(Artemisia frigida)为对象,测定冷蒿甲烷排放,分析冷蒿甲烷排放的可能存在的外界干扰因素。实验结果表明,冷蒿确实能够排放甲烷,冷蒿甲烷生成可能与活性氧代谢有关。 冷蒿是一种典型的旱生植物,其生长的典型草原中,土壤透气性好并表现为大气甲烷的汇。土壤孔隙间的甲烷浓度不高于大气甲烷浓度,能够通过植物根系进入植物体内的土壤甲烷量十分有限,植物组织又缺乏吸附甲烷的能力,很难在植物体内累积甲烷。因此,一些实验研究中所提出的植物蒸腾作用和细胞壁吸附作用对冷蒿的甲烷排放并没有显著影响。我们研究在实验室条件下冷蒿能否排放甲烷,无论是野外生长的冷蒿,还是室内无菌培养的冷蒿,都有明显的甲烷排放。通过研究植物呼吸作用与甲烷排放之间的相关性,我们发现两者有明显的线性关系。植物在应对环境胁迫时,呼吸电子传递链发生紊乱,导致活性氧的积累,这可能是植物所排放甲烷的主要来源。进而,我们通过活性氧添加实验证实包括超氧阴离子(•O2-),羟基自由基(•OH)和过氧化氢(H2O2)在内的多种活性氧都能够促进冷蒿的甲烷排放,而抗氧化酶CAT则对冷蒿的甲烷排放具有抑制效果,我们认为这种抑制效果是通过对ROS的清除来实现的。冷蒿体内能够不断产生甲烷的途径可能需要活性氧的参与,植物体内自由基水平的高低,很可能决定了这种植物能否排放甲烷。因此,我们对比了四种植物体内的抗氧化酶活性。我们在抗氧化酶活性高的物种中没有测得甲烷的排放,而冷蒿和小叶锦鸡儿两种有明显甲烷排放的植物,其三种抗氧化酶活性均较低。由此我们认为,植物体内的活性氧与植物细胞内的某些成分发生反应并产生甲烷的过程很可能是植物体内清除活性氧,降低过氧化毒害的一种适应机制。

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本文采用电子自旋共振ESR方法,结合运用自旋捕捉技术(Spin Trapping-ESR)和时间分辨手段(TRESR),针对某些与生命能量代谢体系电子传递及其化学模拟反应的研究相关的几个重要问题(包括高等植物光系统II颗粒内超氧阴离子自由基(O2-)的产生机制、光合作用模型体系电子传递和跨膜电子传递反应动力学、传统中药有效成分提取物抗氧化分子机理与构效关系),从分子设计、实验方法、分子结构理论、反应机理与动力学分析等几个角度进行了较为系统的探索性研究,并获得以下几点新颖的研究成果: 1.光系统II颗粒内光抑制过程中O2-生成的分子机制 (1).首先,发展了新Spin Trapping-ESR技术,研制一系列性能优良的新型磷酰基取代的吡咯啉类活性氧自旋捕捉剂,并通过对比研究其捕捉性能,证明磷酰基取代的吡咯啉类捕捉剂比常用的DMPO捕捉剂的捕捉能力强、速度快,自由基加合物稳定性高,适合于光系统II体系中活性氧的研究。 (2).在PSII颗粒的光抑制过程中成功地检测到了O2-,并探讨了影响O2-产生的诸多因素。包括氧分子的浓度、1O2增强剂与淬灭剂、pH值效应、电子传递链阻断剂的影响。首次提出了O2-生成的分子机制:PSII颗粒中产生的O2-是光系统II中反应中心产生的1O2与次级电子受体QA形成的质子化半醌自由基反应的产物。此外,设计了一套化学模拟体系,进一步证明了02-的生成的分子机制。 2. 中国传统性中药的酚类提取物抗氧化剂的抗氧化分子机理与构效关系研究 用理论计算与实验结合的手段,研究了酚类抗氧化剂与02的反应。探讨了酚类抗氧化物的分子结构与其抗氧化活性的构效关系,为评价抗氧化剂的抗氧化能力提供了一定的依据。 3.有关光合作用模型体系电子传递和跨膜电子传递反应动力学的探索性基础研究 (1).对原有的电子自旋共振谱仪进行改造,自行设计并研制一套时间分辨ESR装置,时间分辨率达到准微秒级。 (2).利用时间分辨ESR装置,对C60及其环加成衍生物分子间和分子内光诱导电子转移反应的自由基复合过程动力学进行了研究,从分子结构角度分析了影响电荷分离态稳定性的因素。 (3).初步探讨了TPP/DODAC与HA/DODAC两种单层囊泡间的光诱导电子转移反应,获得了长寿命的电荷分离态,为光合作用模拟提供有价值的模型。 (4).通过对比研究mes-卟啉Ⅱ/苯醌/CH。OH的化学诱导动态核自旋态极化( CIDNP)和ESR波谱,提出一个激发态苯醌与质子给体间的光诱导氢转移自由基反应新机理。

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光系统I(photosystem I,PSI)是光合膜上参与光合作用原初反应过程的主要膜蛋白超分子复合体之一。高等植物的PSI是由核心复合体(14个亚基)和捕光色素蛋白复合体I(light-harvesting complex I, LHCI,含4个Lhca蛋白)组成的超分子复合体,它的主要功能是调节光诱导的从囊腔侧的质体兰素(plastocyanin,PC)向基质侧的铁氧还蛋白(ferredoxin,Fd)的电子传递。研究PSI的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。在本文中,我们首先建立了分离制备PSI及其亚组分的方法(Qin et al., 2007),并在此基础上对PSI在强光破坏的过程中结构与功能的变化进行了比较深入的研究。本论文的主要研究结果如下: 1.快速、高效分离纯化PSI及其亚组分方法的建立。 国际上传统的PSI分离方法(Bassi and Simpson, 1987; Croce et al., 1998; Påsllon et al.1995; Schmid et al. 2002),耗时长较长(分离PSI颗粒一般需要多于20h的蔗糖超速离心过程,而分离PSI的亚组分则需要25-60h的蔗糖超速离心过程)、得率较低,这不便于PSI方面的研究,为此我们首先改进了传统的分离纯化方法。新方法以高等植物菠菜叶片作为原材料,使用Triton X-100作为增溶剂,通过差速离心技术获得的粗制品,然后使用十二烷基麦芽糖苷(n-Dodecyl β-D-maltoside, DDM)增溶PSI粗制品,之后采用100,000×g,垂直转头(Beckman VTi 50)0.1-1 mol/L蔗糖梯度离心3h获得纯度较高的PSI颗粒。然后使用DDM和3-(N, N-Dimethylpalmitylammonio) propanesulfonate (zw 3-16)两种增溶剂处理PSI,后经100,000×g,垂直转头(Beckman VTi 50)蔗糖梯度离心4h获得纯度较高的PSI core、LHCI-680、LHCI-730复合体。采用吸收光谱、荧光光谱技术研究了各样品的基本光谱学特性,采用HPLC分析了各样品的色素组成,结果显示平均每个Lhca蛋白结合1.5-1.6黄体素,1.0紫黄质, 0.8-1.1 β-胡萝卜素,该方法制备的LHCI比传统方法制备的LHCI减少了类胡萝卜素的丢失。这一工作为以后结构与功能的研究工作奠定了良好的基础。 2.PSI复合体及其亚组分的特性研究。 PSI颗粒具有一定的适应环境酸碱变化的能力,在我们的试验条件下PSI颗粒在pH 5-10相对稳定。PSI、LHCI很难通过加入Mg2+、Ca2+、Na+阳离子聚集沉淀。经绿胶鉴定我们制备的LHCI-680、LHCI-730是二聚体形式;而把PSI绿胶后再进行第二向十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰氨凝胶电泳(SDS-PAGE)电泳,结果发现在稍强烈的绿胶增溶条件下,LHCI-730是以二聚体的形式存在,但是LHCI-680却是以单体的形式出现。这说明LHCI形成的二聚体,尤其是LHCI-680,较容易受到增溶处理而分离成单体形式,解释了以生化分离手段得到的LHCI-680的聚集形式是单体还是二聚体这个目前国际上还有有争议的问题。 3.PSI、LHCI光破坏的基本特点。 采用白光(2500 μmol•m-2•s-1)照射PSI颗粒,通过SDS-PAGE及室温吸收光谱检测光照过程中PSI复合体的变化,结果表明:去氧处理能够大大延缓PSI的光破坏,而PSI脱辅基蛋白不会发生光破坏,这说明PSI发生的光破坏可能与Chl与O2的相互作用有关。采用白光(1000 μmol•m-2•s-1、300 μmol•m-2•s-1)处理LHCI-680、LHCI-730,发现LHCI-680被破坏的速度明显快于LHCI-730被破坏的速度,这是首次在体外分离的水平上揭示了不同LHCI光破坏方面的差异。LHCI-680与LHCI-730在光破坏方面的差异可能与两种天线蛋白结合的类胡萝卜素的种类和数量不同有关,还可能与二者结合的长波长Chl的情况有关,但是具体的原因还有待于进一步的研究。 4.结合不同的捕光色素蛋白复合体(light-harvesting complex,LHC)对PSI光破坏的影响。 为了研究结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响,我们制备了PSI-LHCII、PSI、PSI core三种复合体。使用白光(2500 μmol•m-2•s-1)照射这三种复合体,并通过测定各复合体在光破坏过程中蛋白亚基、吸收光谱、PSI活性及P700含量的变化,对比三者光破坏的速度,结果发现PSI-LHCII在这三种复合体中光破坏速度最快,而PSI和PSI core两种复合体光破坏速度基本一致。我们推测在光照过程中部分光系统II捕光Chl a/b蛋白复合体II(light-harvesting complex II,LHCII)能够向PSI core传递能量,另外PSI-LHCII绿胶分析的结果表明发生了LHCII三聚体向单体的转变,这种强光下发生的LHCII聚合形式的转化可能是高光强下调节光能捕获的一种机制,由于植物体内具有较完整的保护系统,体内PSI-LHCII的光破坏可能与体外情况不同;另外LHCI与PSI core的解离可能发生在强光照射的早期,具有保护PSI core减少光破坏的积极作用。该部分的研究首次观察了结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响。

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谷胱甘肽还原酶(GR,EC1.6.4.2)是一重要的抗氧化酶,许多生理学和遗传工程研究都证明GR酶在抗氧化中的重要作用。但改变GR酶怎样影响植物的抗氧化系统却不清楚。GR是抗坏血酸-谷胱甘肽循环途径中的重要组成部分,其功能必然与其密切相关。本文用RNAi技术获得具有较低GR酶活性的转基因烟草,系统测定了非胁迫条件和胁迫条件下抗坏血酸-谷胱甘肽循环的变化,得出以下主要结果: 1.选择一烟草叶绿体GR酶编码基因(X76293, gi: 431954)进行RNAi载体构建,构建好的双元载体转化根癌农杆菌LBA4404,然后侵染转化烟草叶圆片。获得的转基因烟草具有30-70%的GR酶活性。分子检测结果表明GR在RNA和蛋白水平上与GR酶活性的变化一致。文中我们第一次用2-D电泳对烟草中GR同工酶进行分析,并确定发生抑制的GR同工酶在细胞中的定位。2-D电泳后的Western杂交检测到烟草的10种GR同工酶,pI值分布在4.5-6.3,其中3种GR同工酶定位在叶绿体内,其蛋白量占据所有GR酶含量的大部分。RNAi发生在叶绿体内和叶绿体外,表明发生抑制的GR同工酶的基因序列具有很高的同源性。igr转基因烟草在表型上与野生型对照烟草无明显差异。 2.所有igr转基因植株和对照植株中的活性氧(O2-和H2O2)、MDA含量和光合作用都无明显差异,表明正常生长条件下GR酶活性的降低不会引起氧化胁迫。测定正常生长条件下igr转基因烟草中谷胱甘肽库的变化。结果表明与对照烟草相比,GR酶活性降低70%会引起转基因植株中GSH/GSSG比率明显降低,而GSH和GSSG的含量稍有增加;测定抗坏血酸-谷胱甘肽循环的变化,结果显示igr转基因烟草中DHAR和MDHAR的酶活性升高,表明非胁迫条件下较低的GR酶活性可能会诱导抗坏血酸-谷胱甘肽循环不能正常的运转。这一作用可能与改变的谷胱甘肽库有关。GR酶活性降低30%的转基因烟草中未检测到这些变化,表明70%的GR酶活对于非胁迫条件下igr转基因烟草可能是足够的。 3. MV处理结果显示,igr转基因烟草的离体叶圆片和活体植株在MV处理后都发生比对照烟草严重的光漂白作用。igr转基因烟草的活性氧和MDA含量明显高于对照烟草,igr转基因烟草的光合作用明显低于对照烟草。以上这些指标表明igr转基因烟草对MV处理更为敏感。MV处理条件下igr转基因烟草谷胱甘肽的含量明显高于对照烟草,但是GSH/GSSG的比率明显低于对照烟草,GR酶活性仍明显低于对照烟草,表明在MV胁迫条件下igr转基因烟草中较低的GR酶活性不能有效的将GSSG还原生成GSH。igr转基因烟草中较高的谷胱甘肽净含量说明其谷胱甘肽的合成能力提高,但这仍不能补偿胁迫条件下较低GR酶引起的GSH/GSSG比率降低。MV处理条件下igr转基因烟草和对照烟草相比ASC的含量大大降低,导致DHA/ASC明显升高。测定MDHAR和DHAR的结果表明,MV处理后igr转基因烟草的MDHAR酶活性明显降低,这表明较低的GR酶活性引起ASC再生循环受到抑制。MV处理后较低的GR酶还引起igr转基因烟草中APX的活性大大降低。以上这些结果表明MV处理条件下降低GR酶活性会削弱抗坏血酸-谷胱甘肽循环,从而引起活性氧的大量积累,造成严重的氧化伤害。 4.低温处理的结果和MV处理的结果稍有不同。在GR酶活性较高的i2转基因烟草中所有检测指标与对照烟草无明显差异。而GR酶活性较低的i21、i28和i42植株与对照烟草相比表现出明显差异。低温下生长的对照烟草叶绿素含量明显高于i21、i28和i42植株。i21、i28和i42中活性氧(O2-和H2O2)和MDA的含量都明显高于对照烟草,表明低温处理下i21、i28和i42受到更严重的胁迫伤害。与MV处理后的变化相似,低温处理后i21、i28和i42中较低的 GR酶活性导致GSH/GSSG大大降低,ASC再生循环受抑制,APX活性明显降低,从而使抗坏血酸-谷胱甘肽循环不能高效的清除活性氧,导致ROS和MDA的大量积累,造成严重的低温伤害。

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随着生物资源价值估算方法的日益成熟 ,生态系统的服务评估成为生态系统研究的热点 .鉴于国内对于湖泊生态系统的服务评价的研究较少 ,本文运用生态系统学与生态经济学方法研究了湖北保安湖生态系统的部分生态服务 .计算得到 1992年保安湖水生态系统有机质生产价值为 15 14 .93万元 ,固定CO2 的价值为 4 772 .99万元 ,释放O2 的价值为 36 2 6 .5 3万元 ,主要初级生产者储存N、P的价值为 4 4 .4 8万元 ,而年吸收量的价值为 15 0 7.99万元 ,调蓄和供水的价值为 1

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研究了低pH(6.0—4.0)对草鱼血液酸碱平衡、p_(o2)及p_(co2)的影响,结果表明,低pH引起草鱼严重的酸血症.亚致死pH(6.0—5.0)时,血液酸碱平衡的影响主要表现为碱贮备[HCO_3]的丧失,血液pH的明显下降经机体缓冲调节可趋于稳定.致死低pH(4.0)时,血液pN和[HCO_3]下降均非常显著,并在96h内随酸化时间延长而日趋严重.仅在pH≤4.0的酸水中草鱼存在低氧症影响问题.草鱼是一种酸敏感性鱼类,为确保成鱼在天然水体的生存和繁育,水质pH至少应维持在6.0以上.

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在移动数据库系统中 ,计算平台的移动性、频繁的断接性以及长事务等特性使得传统的事务处理模式不再适用 .为了解决移动数据库中的事务处理问题 ,提出了一种新的移动事务处理模型——乐观两阶段提交移动事务模型 ( O2 PC-MT) .该模型采用乐观并发控制与两阶段提交协议相结合的方法 ,对移动事务的长事务特性提供了灵活与有效的支持 ;此外 ,该模型允许移动计算机分多次发送事务操作 ,且在事务执行的过程中可以任意移动 ,从而提供了对交互式事务及随意移动性的支持 .实验结果表明 ,与基于两段锁协议及其变形的其它移动事务处理模型相比 ,O2 PC-MT提高了系统的事务吞吐率并改善了系统的总体性能