蛋白质吸附和竞争吸附对ROS 17/2.8细胞粘附和生长的影响

细胞在材料表面的粘附是贴壁依赖型细胞生长的前提.本文以胶原和牛血清蛋白(BSA)为模型蛋白,研究了两者的吸附和竞争吸附对细胞粘附和生长的影响.

外源DMSO和ASA对微囊藻毒素胁迫下烟草细胞ROS生成和抗氧化系统的影响

采用2μg/mL微囊藻毒素-RR(MC-RR)、2μg/mL MC-RR+0.5%二甲基亚砜(DMSO)和2μg/mL MC-RR+2 mmol/L抗坏血酸(ASA)分别处理烟草悬浮细胞,研究上述各处理对烟草悬浮细胞活性氧(ROS)产生和抗氧化系统的影响。结果表明,与对照相比,MC-RR单独处理后烟草悬浮细胞中ROS、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)和细胞内源ASA的含量及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性明显升高,还原型谷胱甘肽(GSH)的含量有一个先降后升的变化过程。在分别加入外源抗氧

Effects of oriented substrates on cell morphology, the cell cycle, and the cytoskeleton in Ros 17/2.8 cells

Absence of gravity or microgravity influences the cellular functions of bone forming osteoblasts. The underlying mechanism, however, of cellular sensing and responding to the gravity vector is poorly understood. This work quantified the impact of vector-directional gravity on the biological responses of Ros 17/2.8 cells grown on upward-, downward- or edge-on-oriented substrates. Cell morphology and nuclear translocation, cell proliferation and the cell cycle, and cytoskeletal reorganization were found to vary significantly in the three orientations. All of the responses were duration-dependent. These results provide a new insight into understanding how osteoblasts respond to static vector-directional gravity.

X射线诱导的HeLa细胞旁效应中ROS和NO关系研究

活性氧(ROS)和一氧化氮(NO)是辐射诱导的旁效应信号通路中的两个重要信号分子。实验研究了这两种信号分子在HeLa细胞旁效应信号通路中的关系。通过微核实验,发现X射线辐照过的HeLa细胞及其旁观者细胞微核形成明显增加,而二甲亚砜(DMSO)预处理显著抑制了微核形成。另外还发现,接受条件培养基的旁观者细胞的增殖速率增加,而DMSO预处理产生条件培养基的受辐照细胞则使旁观者细胞的增殖速率降低。以上的结果从不同角度证实了HeLa细胞存在X射线诱导的旁效应,且其可以被DMSO预处理所抑制。Western blotting和DAF-FMDA荧光探针检测分别显示出辐照后细胞的诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和NO水平均升高,而DMSO预处理则降低其水平。因此,可以推测X射线诱导的HeLa旁效应当中ROS是NO的上游信号。

由农杆菌介导将葡萄糖氧化酶基因转入水稻

过氧化氢（Hydrogen peroxide,H2O2）是植物和病原微生物互作中快速合成的一种早期活性氧类（reactive oxygen species, ROS ），它在植物受到病原微生物侵染后引发的一系列防御反应中起着非常重要的作用，因此通过外源基因导入提高植物体内过氧化氢的含量，可以增强植物的广谱抗病性。葡萄糖氧化酶（glucose oxidase, GO）可以催化β-D-葡萄糖氧化生成过氧化氢和葡萄糖酸，此酶已在数种细菌和真菌中检测到，但在植物和动物中仍未发现。为了尝试将此酶应用于水稻广谱抗病基因工程，本研究将葡萄糖氧化酶基因插入具有潮霉素抗性选择标记的双元载体pCAMBIA1301，新构建为水稻高效表达载体pCAG1301。将此质粒导入根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens ）菌株LBA4404后,转化粳稻(Oryza sativa )品种日本晴(Nipponbare)成熟胚来源的愈伤组织和幼胚，并由筛选出的潮霉素抗性愈伤组织分化再生植株。对所得到的潮霉素抗性植株的Southern杂交分析表明GO基因已整合到受体基因组,为单拷贝或双拷贝插入。利用过氧化氢与淀粉-碘化钾反应显蓝色的特性检测到了转基因植株产生的过氧化氢，证实GO基因表达产生的葡萄糖氧化酶已经在水稻中发挥功能，这是将GO基因转入单子叶植物的首例报道。 基于过氧化氢诱导的植物防御反应没有种属专一性的优点，可以预期所得转基因水稻植株很可能对水稻的多种病原菌具有良好的抗性。已完成的抗病性鉴定表明，所得转基因水稻植株对稻瘟病具有良好的抗性。

棉花抗黄萎病基因工程研究和防卫反应相关基因的克隆

系统获得性抗性(Systematic acquired resistance, SAR)是植物抵御病原菌侵染的最有效手段，利用基因工程技术导入SAR信号发生过程中的关键基因后，植物的SAR基因表达量提高并且对病原菌侵染的反应速度加快，因此植物的抗病性得以增强，与传统的抗病基因工程技术相比它对病原菌没有专一性，许多学者称之为广谱抗病基因工程，该领域已成为目前抗病基因工程研究的热点和前沿。 NDR1和NPR1基因在植物的SAR发生中起着重要的作用，前者功能定位在ROS(reactive oxygen species)的激活和随后的水杨酸(SA)诱导合成之间，突变株病原菌诱导后SA合成能力降低，SAR发生减弱，目前还没有对该基因进行过量表达分析的报道;后者功能定位在SAR信号转导级联反应之中的SA积累和随后的SAR基因表达之间。该突变株在病原菌侵染时不产生病程相关蛋白(PRs)，表现为感病，而对照抗病;过量表达该基因的转基因拟南芥对多种病原菌的侵染产生抗性，PR1等PRs蛋白的表达量也提高，异源表达该基因的水稻对白叶枯病的抗性也提高。本研究利用RT-PCR方法从拟南芥中克隆了这两种基因，序列分析表明拟南芥Wassilewskija生态型的NDR1基因与Columbia生态型相比，共有7处碱基不同，引起编码氨基酸变化4处，而NPR1基因与报道的Wassilewskija生态型来源的NPR1基因完全相同。 我们构建了35S启动子驱动的NDR1和NPR1基因的植物组成型高效表达载体，利用农杆菌介导法转化烟草，PCR和Southern鉴定外源基因已经整合到植物基因组中。抗病性分析显示过量表达NDR1和NPR1基因的烟草对晚疫病和赤星病的抗性都有明显提高，说明这两个基因的在其它植物中异源表达后，都能提高植物对多种病原菌的抗性。 本论文提出了利用这两个基因来培育抗黄萎病棉花的设想，一方面为解决这个“世纪性”难题积累新的资料，另一方面也为其它作物的抗病基因工程提供新的经验。利用35S启动子驱动的NDR1和NPR1基因的植物组成型表达载体分别对陆地棉品种石远321进行花粉管通道法转化。同时，还探讨了这两个基因在棉花中的共转化实验，希望它们的“协同增效”能进一步提高棉花的抗病性。对其中2001年夏天在南京注射所获得的5,000粒种子在三亚进行100 g/ml卡那霉素筛选，初步鉴定分别获得转NDR1和NPR1基因株系26和24棵，PCR进一步鉴定其中分别有12和7棵为转基因阳性，转基因频率分别为0.50％和0.27％，目前利用营养钵蘸根法对其二代进行抗枯、黄萎病鉴定，结果显示有转基因植株对枯、黄萎病的抗性都明显增强，进一步的鉴定正在进行中。2002年初海南注射分别获得转NDR1和NPR1基因以及共转化种子22,000、10,500和12,500粒种子，2002年夏在中国农科院植保所黄萎菌病圃筛选抗黄萎病单株，并利用100 g/ml卡那霉素初步筛选出了一批抗性植株，每种转基因株系随机挑选5株进行PCR鉴定，结果显示为阳性。进一步的抗黄萎病鉴定和筛选以及分子分析正在进行中。 同时，本文还探讨了病原菌诱导型启动子在广谱抗病基因工程应用的可能性。根据烟草的Pr1-a启动子已知序列设计引物，PCR扩增启动子序列后,构建病原菌诱导型NPR1基因植物表达载体，并对棉花进行转化，获得种子11,500粒，利用同上的筛选方法，获得了一致的结果，目前抗黄萎病鉴定、分子检测以及生物学分析正在进行中。 最后，鉴于抗生素标记在转基因植物的应用引起了许多“安全性”争论的事实，还构建了无筛选标记的表达载体对抗虫棉进行转化，这样在生产上可以直接获得抗虫棉抗黄萎病棉花新材料，也为其它作物抗病基因工程积累经验。 本研究还提出了一种较为有效的提取高质量棉花总RNA的方法，与原来一些棉花RNA纯化方法相比，该方法所用都为常规试剂，易于重复，质量高。并且利用获得的总RNA构建了黄萎菌激发子诱导的cDNA文库，滴度测定为1╳107pfμ/μg，插入片段大小在5 00~2 000 bp范围内。 鉴于NPR1基因研究的重要性，本研究还利用简并引物PCR技术从海岛棉和陆地棉的基因组中都分离到了NPR1基因的同源片段，大小都为208 bp，与拟南芥NPR1基因的相应部分的同源性分别为66％和65％，它们之间的同源性为87％，目前该基因的全长正在分离鉴定中。 多聚半乳糖醛酸酶抑制蛋白(PGIPs)在植物的防御反应中起着重要的作用，通过分析已知20余种pgip基因序列的保守区，设计简并引物，PCR扩增海岛棉（Gossypium barbadense）7124 cDNA文库，得到一条长561 bp的片段，序列测定后分析确认为pgip基因的一部分。根据此序列和棉花病原菌诱导的cDNA文库载体中已知部分设计RACE引物，扩增后，5’和3’RACE分别得到666bp和906 bp的片段。序列分析表明它具有完整的编码框，产物为330 aa的蛋白质。序列分析该蛋白具有10个串联的LRR(leucine-rich repeat)区，与柑桔(Citrus)和枳(Poncirus)的pgip基因的同源性分别为69.2%和68.7%。进一步PCR扩增得到该基因的全长阅读框，并且获得了相应的基因组片段，序列分析发现该基因没有内含子。这是从棉属植物中克隆的第一个pgip基因。

盐角草（Salicornia europaea L.）SePSY和SeLCY基因克隆及功能分析

盐角草（Salicornia europaea L.）是一种叶片退化而茎肉质化，不具有盐腺和盐囊泡的真盐生植物，可以在1020 mM NaCl下生存。其特殊的形态适应特点使其成为研究植物抗盐性的良好实验材料。但目前与盐角草抗盐机理相关的生理和分子方面的研究还非常有限。本文以盐角草为材料，首先探讨了盐分和渗透胁迫对其光合作用和渗透平衡的影响，在此基础上进一步克隆了盐角草类胡萝卜素合成途径中的两个关键酶，八氢番茄红素合成酶（SePSY）和番茄红素β-环化酶（SeLCY）基因，并进行了功能分析。该研究对于了解类胡萝卜素在植物抗盐性中所起的作用具有重要意义。 盐分和渗透胁迫对其光合作用和渗透平衡影响的实验结果表明：200 mM NaCl是盐生植物盐角草生长的最适盐浓度，在该盐度下盐角草中叶绿素a/b的比值和光饱和点升高，植株的光合作用表现出增强的效应，植株生长最佳。而27％ PEG-6000所模拟的渗透胁迫显著降低了盐角草中叶绿色a/b的比值，抑制其光合作用和生长。200 mM NaCl下，Na+的含量显著增加，但脯氨酸含量保持不变，说明Na+对盐角草渗透平衡的作用要强于脯氨酸。同时盐角草中液泡H+-ATPase（V-H+-ATPase）活性增强，而盐角草Na+/H+逆向转运蛋白基因（SeNHX1）在盐分和渗透胁迫下却表现为组成型表达;我们因此推断在盐分胁迫下，Na+的吸收是由于液泡H+-ATPase活性的增强，而不是诱导SeNHX1基因的表达。同时Na+的吸收可能进一步诱导了与光合作用相关基因的表达。 盐分对植物的影响涉及植物体内包括光合作用和活性氧代谢在内的多个代谢过程。在植物中，类胡萝卜素是植物捕光天线复合体（LHC）和光系统反应中心叶绿素结合蛋白的重要组成部分。植物体内类胡萝卜素能够清除植物叶绿体，线粒体和过氧化物体在电子传递过程中产生的活性氧。同时类胡萝卜素是植物激素ABA的前体。200 mM NaCl虽然增加了盐角草细胞的渗透势，但并没有对其造成氧化胁迫和离子毒害，相反提高了其光合能力。类胡萝卜素作为植物活性氧的淬灭剂和光系统的组成成分，可能在盐角草抗盐机理中发挥着比较重要的作用。在过去的十年中，类胡萝卜素研究大多集中在其生物合成和提高作物中类胡萝卜素含量方面，可是，在植物对非生物逆境（如氧化和盐分胁迫）的适应机制中，类胡萝卜素合成途径究竟发挥什么作用目前还不是很清楚。为了了解盐角草中类胡萝卜素合成途径在植物逆境的适应机制中所发挥的作用，本文采用RACE的方法克隆了盐角草类胡萝卜素合成途径中的两个关键酶基因 SePSY和SeLCY，将它们构建到植物表达载体SN1301中，转化拟南芥，并对它们进行了初步的功能分析。 研究发现盐角草SePSY基因全长1655 bp，编码419个氨基酸，推测分子量为47.2 kDa，等电点为8.92。其蛋白在1-65个氨基酸处有一个信号肽。在1-19和242-264氨基酸处有2个跨膜区。盐角草SeLCY基因全长1937 bp，编码498个氨基酸，推测分子量为56.1 kDa，等电点为8.41。其蛋白在1-37个氨基酸处有一个信号肽。在79-96，367-385和454-474氨基酸处有3个跨膜区。SePSY和SeLCY基因过量表达均促进转基因拟南芥的生长，转SePSY基因拟南芥次生根数目比野生型拟南芥明显增多。SePSY和SeLCY基因的过量表达还使转基因拟南芥对百草枯的抗性得到提高;SePSY基 因的过量表达增强了植株体内抗氧化保护酶过氧化物酶（POD），超氧化物歧化酶（SOD）活性，但过氧化氢酶 （CAT）的变化不显著;转SeLCY基因株系POD，SOD，CAT的活性都有所增强，但转SePSY基因株系中POD活性明显高于 转SeLCY基因株系。转SePSY和SeLCY基因拟南芥叶片中丙二醛（MDA）和H2O2含量均降低，但转SePSY基因株系中MDA和H2O2含量明显低于转SeLCY基因株系。说明转基因拟南芥对氧化胁迫的抗性得到了提高，同时使得光系统II（PSII）和细胞膜的结构和功能不被破坏。而转SePSY基因株系对盐分和氧化胁迫的抗性明显高于转SeLCY基因株系。SePSY和SeLCY基因的过量表达还提高了转基因拟南芥的光合效率，气孔导度和Fv/Fm比值。 SePSY和SeLCY基因转化拟南芥及其功能分析的初步结果表明，SePSY和SeLCY基因的过量表达提高了转基因拟南芥对体内活性氧（ROS）的清除能力，增强了拟南芥的光合能力，进而提高了拟南芥的抗盐性。

药蒲公英（Taraxacum officinale weber）耐盐变异体的筛选及其耐盐性分析研究

以药蒲公英（Taraxacum officinale Weber）叶片外植体为材料诱导愈伤组织。以NaCl作为选择因子，从愈伤组织直接筛选。在选择培养基上，大部分愈伤组织褐化死亡，在一些褐化死亡的愈伤组织周围有少量新的细胞团生长，挑选生长存活状况好的细胞团转接到新鲜培养基上，每3周继代一次，经3个月继代筛选获得了耐1.5% NaCl的药蒲公英细胞团。以普通愈伤为对照，发现随着NaCl浓度的升高，耐盐愈伤的相对生长率下降但显著高于对照;且随着盐胁迫处理时间的延长持续升高，而普通愈伤对照几乎停止生长，说明耐盐愈伤具有相对稳定的耐盐性。在蛋白水平上，耐盐愈伤与对照愈伤差异明显，SDS-PAGE分析显示：耐盐愈伤比对照多出一条34 KD大小的蛋白带，且30 KD，18 KD左右的蛋白带明显上调。相同处理条件下耐盐愈伤脯氨酸的增加幅度高于对照。盐胁迫条件下，耐盐愈伤的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性明显高于对照，且随着处理时间的延长和盐浓度的增加呈现升高的趋势，而对照则呈现先升高后下降的趋势。1.5% NaCl处理前后，耐盐愈伤的总黄酮含量显著高于对照。结果说明耐盐愈伤一方面通过积累蛋白和其他小分子有机溶质的方式调节其渗透平衡，另一方面还可通过提高抗氧化能力降低盐分造成的次级伤害。 将耐1.5% NaCl的药蒲公英愈伤组织接种在分化培养基上分化出芽，之后将再生芽转接到生根培养基中进行生根培养，经4个月得到了12株耐1.5% NaCl的药蒲公英再生植株。与野生型相比，耐盐植株叶片宽大、叶柄粗短、叶表面覆盖白色细毛，根粗壮较短，花茎中部具有2 cm左右的苞叶。RAPD和SDS-PAGE检测表明，耐盐植株与对照植株在DNA及蛋白水平上均存在明显差异。1.5% NaCl处理后，与普通再生植株相比，耐盐株系的抗氧化酶活性明显提高，脯氨酸含量上升幅度更为显著，而丙二醛含量降低，其主要药用成分黄酮的含量显著增加。这些结果说明耐盐植株的抗氧化防御能力明显增强。以上结果表明耐1.5% NaCl的药蒲公英再生植株为耐1.5% NaCl药蒲公英变异体，这些耐盐变异体有望成为抗盐耐海水蔬菜家族的新成员。同时，这些耐盐变异体植株比普通植株具有更高的医用商业价值。耐1.5% NaCl的药蒲公英再生变异体遗传稳定性的研究正在进行中。

外源草酸对采后果实的保鲜效应及其生理机理研究

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。

蜈蚣草(Pteris vittata L.)对砷和铜复合污染的响应及生理机制研究

随着现代工农业的发展，环境污染日益加剧。农用土壤作为我们赖以生存的基础，大量含砷（Arsenic, As）和铜（Copper, Cu）的化肥和农药的应用造成As、Cu及其他重金属的复合污染日趋加重。蜈蚣草作为一种天然的砷超富集植物，在清除土壤砷污染的应用中备受人们关注。然而，目前的研究多集中在蜈蚣草对单一砷污染的吸收、转运和超富集等方面，几乎没有对土壤复合污染尤其是As、Cu复合污染的的响应和生理机制的研究。本文针对As、Cu复合污染的现实，研究了不同浓度砷、铜复合污染胁迫对蜈蚣草生长和发育的影响，探讨了蜈蚣草对砷、铜复合污染抗性和富集的生理生化机制，以期为蜈蚣草在植物修复复合污染的应用提供理论基础。 主要研究结果如下： 1、以砷超富集植物蜈蚣草成熟孢子为外植体材料，建立了一套成熟的蜈蚣草孢子植株再生体系，包括配子体分化和愈伤组织分化两条途径。为蜈蚣草的生理生化机制以及将来的遗传转化奠定了基础。同时证明了蜈蚣草愈伤组织与其孢子体及配子体一样具有对砷的抗性和超富集特性以及铜抗性。 2、以组培的蜈蚣草孢子体为材料，通过比较高浓度砷、低浓度砷以及高浓度铜、低浓度铜的相互组合对孢子体毒性的差异，表明适度浓度砷可以增强蜈蚣草对铜的抗性，但高、低浓度铜都不能增强砷的抗性。同时测定了不同浓度砷、铜处理对蜈蚣草体内砷和铜的吸收分配情况，探讨了蜈蚣草对砷铜复合污染土壤的植物修复的潜在可能性 。 3、以蜈蚣草组培的配子体为材料，研究了蜈蚣草对不同浓度铜砷复合处理的生理生化响应。结果表明砷的加入可以缓解铜对蜈蚣草配子体的植物毒性，而铜的加入并没有缓解砷的植物毒性。而且随着砷浓度的提高可以显著降低铜在配子体中的积累，显著提高了配子体细胞生存能力，降低了配子体细胞膜透性，且可以改变铜砷在配子体中亚细胞定位，暗示砷对铜的积累具有拮抗作用。同时观察到适度的铜也可以降低砷在孢子体根中的积累，对砷在叶柄以及羽叶中的积累有一定的降低作用，但并不显著。 4、以蜈蚣草愈伤组织为材料，研究了蜈蚣草愈伤组织对砷和铜复合污染胁迫的生理生化响应，结果表明适度的砷可以显著提高蜈蚣草愈伤组织中抗氧化酶系统，进而提高抵御铜胁迫引起的ROS胁迫的能力而显著缓解铜对蜈蚣草愈伤组织的毒性。低浓度砷加入显著诱导POD、CAT活性的升高，提高了蜈蚣草愈伤组织抵抗ROS胁迫能力，尤其是POD与生长呈显著的正相关;SOD活性在0-1.0 mM Na3AsO4条件下并没有显著增加，暗示在相对较低的砷胁迫和铜胁迫条件下POD对蜈蚣草愈伤组织解毒起到重要作用。同时在高砷或者高铜胁迫条件下GR活性和GPx活性与之的相关系数可以达到显著水平，这说明高砷或者高铜胁迫条件下GR和GPx在蜈蚣草解毒中起到重要作用。 5、首次证明NO可能参与砷缓解铜对蜈蚣草的植物毒性的过程。发现加入0.2 μM NO加入并没有显著改善蜈蚣草砷的植物毒性，清除蜈蚣草愈伤组织内的NO后，显著增强了砷胁迫条件下对蜈蚣草愈伤组织生长的抑制作用。同时加入NO后却显著改善了蜈蚣草铜胁迫条件下愈伤组织的生长。测定了As、Cu处理后蜈蚣草愈伤组织内源NO含量的变化以及CAT抗ROS能力的变化，结果表明蜈蚣草愈伤组织NO合成显著受As诱导，但不受铜的诱导，同时内源NO浓度的升高，伴随着抵抗ROS胁迫的抗氧化的CAT活性升高。暗示砷可能是通过诱导内源NO浓度升高提高蜈蚣草愈伤组织抵抗ROS胁迫能力来缓解对铜的植物毒性。

外源物质对酵母拮抗菌生活力的影响

　　近年来，酵母拮抗菌在水果采后病害防治中展示了良好的应用前景。然而，在实际应用中,酵母拮抗菌在逆境条件下会因为发生凋亡或细胞损伤而引起生活力的下降，最终导致拮抗菌抑病能力降低。研究酵母拮抗菌生活力下降的规律，提高酵母拮抗菌的生产效率，减少剂型加工过程中的细胞损伤，增强其对逆境条件的耐受力是增加或稳定生防制剂防治效果的有效途径。本文主要研究酵母拮抗菌正常培养过程中生活力下降的规律，筛选剂型加工过程中对酵母拮抗菌具有保护作用的化学物质，并对酵母拮抗菌的培养条件进行了优化。主要研究结果如下： 　　1. 在正常培养过程中，酵母拮抗菌Rhodotorula glutinis和Cryptococcus laurentii中细胞染色质凝集或细胞膜破损的发生一般在6天以后。外源加入的N-乙酰半胱氨酸及硅酸钠等物质在超过一定浓度时会加速酵母菌的死亡。 　　2. 在不同的液体悬浮制剂中，对R. glutinis而言，使用磷酸缓冲液（PBS）悬浮时保护效果最好；而C. laurentii悬浮在NYDB培养基中或海藻糖、乳糖溶液中时的生活力最高。 　　3. 以10 %葡萄糖 + 5 %脱脂牛奶作保护剂，可以有效地保持酵母拮抗菌C. laurentii冻干制剂的生活力，配合使用的保护效果高于它们单独使用时的保护效果。添加1 mM N-乙酰半胱氨酸能更好地保持拮抗菌制剂在常温保存过程中的生活力，这可能与这种还原性物质缓解了细胞内活性氧的积累有关。 　　4. 不同酵母拮抗菌对不同碳、氮源的利用能力有明显差异。在9种不同的碳源和10种不同的氮源中，Pichia membranefaciens能够最有效利用的碳、氮源是葡萄糖、果糖和多价胨，而Candida guilliermondii的最佳碳源和氮源分别是果糖和肉蛋白胨。

脂筏极化参与活性氧介导的白杄花粉管顶端生长

质膜上存在一种富含甾醇物质的液相有序膜脂微区，被称作脂筏 (lipid rafts或lipid microdomains)。这种小的膜微区可以通过在质膜上的侧向移动，聚集形成较大的片状结构，而与微区相关联的蛋白可以通过脂筏的这种聚合作用而凝聚分布于特定的亚细胞结构上。脂筏区域在真菌和动物质膜上具极性分布，并参与细胞的极性形态建成和运动。最近，通过生物化学研究证实，脂筏也存在于植物细胞，然而迄今为止，脂筏与植物细胞极性生长相关联的直接功能证据尚未见报道。 NADPH氧化酶 (NOX，在植物中又称为 Rboh) 产生的活性氧 (Reactive oxygen species, ROS) 可能是调控植物细胞（包括花粉管、根毛和墨角藻合子等）极性生长的通用信号机制。花粉管作为研究细胞极性控制的一种理想模式系统，已被许多信号转导调控研究所采用。在本研究中，我们使用一种能螯合甾醇类物质的多烯类抗生素filipin破坏脂筏结构，以探讨脂筏极化对ROS介导的白杄花粉管极性生长的作用。 我们首次在白杄 (Picea meyeri) 花粉管上应用一种全新的苯乙烯基染料di-4-ANEPPDHQ，成功地在活体细胞上观察到脂筏在花粉管生长顶端的极性分布模式。通过脂筏和甾醇在质膜上的相似定位清楚表明：在花粉管极性生长过程中，存在富含甾醇类物质的质膜微区在花粉管生长顶端的极化现象。 氮蓝四唑（NBT）的还原和二氯二氢荧光素（H2DCF）的氧化均显示，在活跃生长的花粉管顶端区域存在一个以顶端为基底的陡峭ROS梯度，从而进一步验证了ROS在细胞极性生长过程中的信号作用。此外，我们还发现在生长花粉管的亚顶端位置有另一类性质的活性氧组分存在，该ROS组分与线粒体的能量代谢相关。研究结果首次揭示，在快速生长的花粉管中同时存在两类性质不同的ROS组分。 ROS是一种寿命很短而且容易扩散的分子，NADPH氧化酶产生的ROS信号在细胞伸长位点的准确定位是调控极性生长的必要条件。免疫共定位实验显示，NOX成簇极化分布于花粉管的生长顶端。使用filipin进行甾醇的螯合会破坏膜的异质性，干扰NOX簇在生长顶端的定位，减少了顶端的ROS形成，消弱了胞质Ca2+ 浓度梯度，进而抑制了花粉管的顶端生长。 在纯化质膜的基础上，我们使用Triton去垢剂处理结合Optiprep密度梯度离心，分离纯化了抗去垢剂抽提的质膜微区 (Detergent-resistant microdomains, DRMs)。通过免疫印迹分析证实，NADPH氧化酶部分地存在于DRMs中。非变性胶活性实验证明，该酶需要脂筏定位来保持酶活性。因此我们认为，在正常的细胞极性生长中，脂筏招募并运载NADPH氧化酶到花粉管的生长顶端，并为NOX及其活性亚基的有效互作提供了适宜的微环境，由此保证了NOX蛋白产生ROS的较高酶活性，进而维持花粉管的极性顶端生长。 总之，甾醇螯合对白杄花粉管生长影响的研究，为脂筏极化在花粉管极性生长中的作用提供了证据。基于以上生物化学和细胞生物学的结果，我们针对花粉管中富含甾醇的脂筏微区和NOX功能之间的联系，提出了一种假说模式：(1) 植物细胞质膜上的脂筏为信号分子ROS在特定位点的聚集提供了物理载体；(2) 脂筏的完整性和甾醇依赖性对NOX的定位和活性是必要的，并为花粉管细胞极性产生和维持所必需。上述研究结果表明，脂筏在花粉管顶端的极化，以及作为关键生长因子的NOX在质膜脂筏中的定位，对花粉管的高度极性生长具有重要作用。

旱生植物冷蒿（Artemisia frigida）的甲烷排放

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。

植物体内谷胱甘肽还原酶的功能研究

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。