研究内容- 副本(2)

2019-05-17 14:44

激光扫描共聚焦显微镜(LSM 5 PASCAL)观察叶肉原生体细胞中EGFP的表达,观察物镜放大倍数为40倍,激发光波长为488 nm,带通BP 505-530 nm,长通LP 560 nm。确定EGFP是否是叶绿体定位。

3.1.3.2 在已构建的含有sikFBAs基因启动子的pBI121植物表达载体上,用酶切出GUS,用对应的sikFBAs基因替代,构建自身启动子驱的的植物表达载体,农杆菌介导番茄的转化,转基因再生苗,经PCR筛选阳性植株,获得可表达目标基因的转基因植株,用于后续实验。同样原方法,构建组成型(CaMV 35 S启动子)驱动sikFBAs基因表达的植物表达载体,并获得转基因番茄植株,组培快繁扩大株系,用于后续实验(下同)。

3.1.4 天山雪莲msikFBAs突变体蛋白质表达检测和最适低温光合温度的变化分析

3.1.4.1 根据sikFBAs蛋白氨基酸序列的可变区,寻找具有抗原表位的短肽,送百奇生物(ABGENT)公司合成15个左右的多肽,与蛋白偶联,免疫新西兰白兔,制备抗血清并测定效价。利用Western Blot检测目标蛋白的特异性。按照 Bradford(1976)的方法进行蛋白质定量分析。Western Blot按照标准方法操作(Sambrook 等,1989)。膜蛋白在 12%分离胶的 SDS-PAGE 分离,电转蛋白至硝酸纤维素膜,丽春红染色检验转膜效果。在5%的脱脂奶粉中封闭至少1 h,与sikFBAs1;5和sikFBAs2;7的抗血清(1 : 500)杂交2 h,然后与碱性磷酸酶交联的羊抗兔二抗(华美生物工程公司)(1 :1000)杂交1h,用 BCIP/NBT底物显色。

3.1.4.2 对获得不同msikFBAs敲除的雪莲突变体和正常雪莲,在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下进行处理,提取蛋白进行表达量WB分析,确定不同的sikFBAase含量变化,同时对不同温度sikFBAase的总体酶活和总体比活性进行测定。

3.1.4.3 根据下面Gas-Exchange Measurements测定和分析方法,对雪莲和突变体的雪莲气体交换参数的测定,研究光合指标与温度、光照因子的相关性,确定最适低温光合温度变化与sikFBAase活性变化间的协同性。

3.1.5 不同表达模式的转sikFBAs基因番茄在不同光温处理的表达分析 3.1.5.1 对获得不同转sikFBAs基因番茄,在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下培养处理14天,对组成型和诱导型表达sikFBAs基因的转基因番茄叶片,提取总RNA,利用实时定量的方法进行表达分析。提取叶片的叶绿体蛋白,利用制备的特性抗体,采用Western Blot技术和ELISA技术,对目标蛋白水平进行表达检测。

3.1.5.2 对获得不同转sikFBAs基因番茄,在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下培养处理14天,提取叶片叶绿素和蛋白质,参照下面FBAase酶活的测定方法。确定sikFBAs基因的转录、蛋白含量。分析该基因在转录水平上是否与蛋白含量和酶活性变化相一致。

3.1.5.3 按照下面光合参数测定方法,测定转基因番茄叶片的不同温度气体交换参数、光合参数和叶绿素荧光参数,确定转基因番茄低温光合响应的模式,建立净光合速率光响应、CO2、室温响应曲线,SPSS软件进行三维拟合数据,分析最适温度变化与sikFBAase酶比活性的关联性。

3.1.6 转sikFBAs基因番茄对主要碳同化 酶活性、代谢中间产物和光合产物积累的影响

3.1.6.1 对获得不同转sikFBAs基因番茄,在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下培养处理14天,提取叶片叶绿素,提取蛋白,采用下面酶活测定方法测定Rubisco、Rubisco活化酶,SBPase, FBPase,TKLase以及蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)活性和比活性测定。

3.1.6.2对获得不同转sikFBAs基因番茄,在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下培养处理14天,采用下面HLPC测定方法进行中间产物的Glc6P, Fru6P, Glc1P,3PGA,ATP,NDAPH和Pi含量的测定。 3.1.6.3利用C3植物的光合数学模型(参考 Medlyn 等.2002a.2002b和 Bernacchi 等.2003),对不同温度下的转基因番茄碳流量控制系数进行估算(参照Volker ,2002)并对单个sikFBAase碳流量的控制系数。

3.1.7 天山雪莲sikFBAs基因协同作用分析和杂交番茄的低温生长性能评价 3.1.7.1在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下,对表达不同sikFBAs基因的转基因番茄在不同发育时期的株高,叶数、叶

长、叶宽、鲜重及干重比、根茎比、生长速率等进行测定,分析sikFBAs对番茄生长特性的影响。

3.1.7.2 在20℃、15℃、10℃、5℃温度及1000,500,250μmol·m-2·s-1光照条件下,测定转基因番茄的相对电导率、丙二醛和脯氨酸(参照下面生理指标测定)、,测定绿素荧光参数、光合响应参数和气体交换参数(参照下光合参数测定方法),关联分析光吸收、光合电子传递、碳同化间能量分配(参照康华靖,等 2011),分析逆境下碳同化能提高与抗寒性的关系。

3.1.7.3 将获得具有抗寒作用转基因番茄,筛选抗寒性转基因株系进行两两互交,对T1代进行协同作用分析,并在冷凉的自然低温条件下进行低温光合的田间适应性分析。

3.1.8 叶片光合相光参数测定(气体交换-P700-叶绿素荧光同步测量系统(德国)带有Dual-PAM气体交换叶室——3010-DUAL)

3.1.8.1 光响应曲线的测定(Pn-PAR)

按照设定的2 000,1 800,1 600,1 400,1 000, 800, 600, 400, 200, 100, 50, 20, 10, 0 μmol·m-2·s-1光照梯度序列,测定新疆雪莲叶片净光合速率的大小,自动完成(Pn-PAR)光响应曲线。测定设置3次重复,依据方程(4)计算最大净光合速率(Pmax),并确定其光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)(Bassmanet al.,1991):Pn=Pmax(1- C0e?PPFD/Pmax ), (4)式中:?为弱光下光化学量子效率, C0为度量弱光下净光合速率趋于0的指标,通过适合性检验,拟和效果良好。测定时的空气温度,空气中CO2,相对湿度,根据测定气孔导度(Gs,mol·m-2·s-1) ,叶温下蒸汽压亏缺(Vpdl)等光合生理特性指标。根据参数计算气孔限制值Ls和水分利用效率WUE,叶片的光能利用率(PE)(Berryet al.,1982),其公式分别为:Ls= 1-(Ci/Ca)、WUE=Pn /Tr。表观量子效率AQY=dPn/dPFD。200,100,50,20,10,0Lμmol·m-2·s-1光照梯度下的净光合速率值,进行回归所得曲线的初始斜率为表观光量子效率(AQY)。与净光合速率所在的轴相交的截距为暗呼吸速率(Rd)。 3.1.8.2 CO2响应曲线(A-Ci)

将由光曲线所确定的光饱和点作为最适光照强度,利用CO2注入系统,按照设定的400, 300, 200, 100, 50, 0, 400, 400, 600, 800, 1 000, 1 200, 1 400, 1 800, 2 000 μL.L?1的CO2浓度梯度序列,测定天山雪莲叶片净光合速率的大小,自动完成A-Ci

曲线。确定CO2补偿点(CCP)和CO2饱和点(CSP)。在CO2浓度低于200Lmol·mol-1以下时测定的净光合速率值,进行回归后所得直线方程的斜率为羧化效率(CE)。与净光合速率所在的轴相交的截距为光呼吸速率(Rp)。 3.1.8.3 叶绿素荧光参数

同步测定叶素素荧光参数。 PS II参数:Fo, Fm, F, Fm’, Fv/Fm, Y(II)=△F/Fm’, Fo’, qP, qL, qN, NPQ, Y(NPQ), Y(NO)和ETR(II)等。PS I参数:P700, Pm, Pm’, P700red, Y(I), Y(ND), Y(NA)和ETR(I)等各参数意义及计算公式如下:光化学猝灭系数qP =(Fm’- Fs)/( Fm’-F0’) (van Kooten 和Snel 1990);PS Ⅱ反应中心光能捕获效率Fv’/Fm’ =( Fm’- F0’) / Fm’(Demmig-Adams 和Adams 1996); 实际光化学效率ΦPS Ⅱ = qP×(Fv’/Fm’) =(Fm’-Fs)/ Fm’(Genty 等1989)。有效荧光产量(△ Fv’/Fm’)=(Fm’-Ft)/ Fm;非光化学荧光淬灭系数(NPQ)=(Fm-Fm’)/ Fm’;电子传递速率(ETR)ETR=Fm’-Fs/Fm’×光合光子通量密度PPFD ×0.5×a,a为叶片光吸系数( Miyake C,et al.,2000)。各符号的意义如下:Fo’为光适应后的初始荧光;Fm’为光适应后的最大荧光;Fv’为光适应后的最大可变荧光;Fs 为光适应后稳态荧光。

3.1.8.4气体交换参数(Gas-Exchange Measurements)

参比室和样品室的CO2绝对值(CO2abs,CO2sam),参比室和样品室的H2O绝对值(H2Oabs,H2Osam),流速(gas flow),环境气压(Pamb),叶室温度(Tcuv),叶片温度(Tleaf),环境温度(Tamb),环境PAR(PARamb),叶室内叶片正面PAR(PARtop),叶室内叶片背面PAR(PARbot),叶室相对湿度(rH),蒸腾速率(E),水气压饱和亏(VPD),叶片气孔导度(GH2O),净光合速率(A),胞间CO2浓度(Ci),环境CO2浓度(Ca),植物水分利用效率,CO2响应曲线,光响应曲线等。

光合速率的温度响应曲线(A-Ta)与温度相关的暗呼吸速率( Rd) 和光合速率( A )在光密度 1,500 μmol m?2 s?1 条件下,在20℃ 、15℃、10℃到5℃范围内,对的新的雪莲完全展开叶,参照(Yamori et al., 2005). 蒸气压亏缺小于 1.0 kPa 在10℃ 到30℃ ,光合速率和呼吸速率的温度响应曲线。在各温度点测定CO2响应曲线(50, 100, 150, 200, 360, and 1,500μL L?1 )。利用统计软件(SPSS)对立方曲线光合参数进行数据拟合,计算光合最适温度(optimum temperature)。 3.1.8.5环境因子的相关性分析

气体交换指标与环境因子的相关性分析,天山雪莲净光合速率与叶温和大气温度的关系,定量分析温度对Pn的影响。同时,分别以Pn,Tr,Gs为因变量,用SPSS 13分析其与环境因子PAR,Ta,Tl, Ca和空气相对湿度(RH,%)等为自变量的各因子间的相关性;以及与Pn相关的各气体交换指标间的相关性。 3.1.9 抗性相关生理指标

3.1.9.1 相对电导率、丙二醛和脯氨酸的测定

按照赵世杰(1998)的方法,使用电导仪测定叶片电导率。其中相对电导率(%)=(初电导-空白)×100/(终电导-空白);伤害度=(处理相对电导率-空白相对电导率)/(100-空白相对电导率)。参考赵世杰等(1994)的方法进行丙二醛(MDA)含量的测定。酸性茚三酮比色法测定脯氨酸含量(Bates等,1973)。

3.1.9.2 可溶性糖和叶片淀粉的测定(蒽酮比色法)

约100 mg鲜重的叶片提取用1 ml 80%乙醇在80 ℃浸提30 min,然后用1 ml 50%乙醇在 90 ℃ 浸提 30min,再用 1 ml H2O 在 95℃ 浸提30 min,合并后的上清用于葡萄糖,果糖和蔗糖H测定,方法参照(Stitt et al. (1989)。

叶片淀粉的测定方法参照(Smith and Zeeman, 2006)。

用酒精提取可溶性糖,反复提取直至提取液中无明显可检出可溶性糖,取提取后的残渣0.5g,放入三角烧瓶中,加2%HCl 25mL,盖上,在沸水浴锅中沸腾3.5h,用碱中和至中性过滤,测定其葡萄糖含量。 3.1.10 中间代谢物定量分析(Uematsu.2012)

3.1.10.1 叶片光照12 h后取样,处理后,立即被放入液氮速冻,–80℃储存,直到使用。光合碳同化的中间产物的定量制备方法采用 (Hasunuma et al.,2010) 和分析采用LC-MS/MS。所有分析都使用4000 QTRAP LC-MS/MS system (AB SCIEX, Tokyo, Japan) 设备,带高性能的 HPLC系统 (Shimadzu, Kyoto, Japan) 和涡轮增压的离子源 (AB SCIEX)。分离采用反向离子对液相色谱,其液相色谱柱(5 lm, 150 mm34.6 mm, Shimadzu)。数据的获得和分析使用机带软件。 3.1.10.2 ATP含量的测定:采用生物发光法测定ATP含量。用丙酮浸提样本,以荧光素酶-2荧光素为发光试剂,用FG2300 发光光度计测定ATP含量(樊广华等,2005)


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