灌浆期高温对小麦旗叶中SOD和GR活性及相关基因表达量的影响
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇灌浆期高温对小麦旗叶中SOD和GR活性及相关基因表达量的影响范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：以山农23和济麦20为试验材料，研究灌浆期（花后10～20 d）高温对小麦旗叶中超氧化物歧化酶（sod）和谷胱甘肽还原酶（gr）活性及相关基因表达量的影响。结果表明，在高温胁迫条件下，山农23的SOD活性一直显著高于对照，而济麦20的SOD活性变化呈先升高后降低的趋势。山农23中Fe-SOD和Mn-SOD表达量的变化与SOD活性的变化趋势相似，但Cu/Zn-SOD表达量的变化与SOD活性的变化趋势不同。济麦20中3个SOD基因表达量的变化均与SOD活性的变化基本一致。高温胁迫条件下两个小麦品种的GR活性均呈现先升高后降低的趋势，山农23中GR表达量的变化与GR活性的变化趋势基本一致，济麦20中GR表达量的变化早于GR活性的变化。总体来看，高温胁迫条件下山农23具有较强的抗氧化能力，Fe-SOD和Mn-SOD基因对SOD活性起主要作用，抗氧化酶相关基因对灌浆期高温胁迫的响应比酶活性更敏感。
关键词：小麦；高温；超氧化物歧化酶；谷胱甘肽还原酶；基因表达
中图分类号：S512.103.4文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）10-0030-05
3讨论与结论
高温引起抗氧化酶活性的改变可能因植物物种、品种、胁迫强度和胁迫持续时间的不同而异。Hu等[18]通过试验发现高温胁迫（42℃，1 h）能增加玉米叶片中SOD和GR的活性。Xue等[19]发现高温使水稻苗中SOD活性显著高于对照。本研究发现，高温处理过程中山农23的SOD活性一直高于对照，济麦20的SOD活性变化呈现先升高后降低的趋势；两个品种的GR活性虽然都呈先升高后降低的趋势，但是济麦20开始下降的时间早于山农23。表明高温胁迫对不同耐热性小麦品种的抗氧化酶活性的影响不同，山农23有较高的抗氧化酶活性和较强的耐热性。
高温引发各种植物响应，包括调控基因的表达。研究在RNA水平上的基因表达与植物耐热性的关系，能对抗氧化酶激活机制有更深入地了解，而不仅仅停留在酶活性方面。本研究发现，济麦20中三种SOD基因的变化趋势与酶活性的变化趋势基本一致。山农23中Fe-SOD和Mn-SOD在处理过程中的变化趋势与高温处理条件下SOD活性的变化趋势基本一致，但是Cu/Zn-SOD在处理2 d后表达量一直低于对照，这与SOD活性的变化趋势不一致。前人许多试验也发现非生物胁迫过程中Cu/Zn-SOD的转录水平的变化与SOD变化不完全一致。Xu等[10]研究发现早熟禾中叶绿体Cu/Zn-SOD与细胞质Cu/Zn-SOD在干旱胁迫后转录水平显著升高，但是SOD活性却呈下降的趋势。Kurepa等 （1997）[20]通过研究发现Cu2+过量积累能使叶绿体Cu/Zn-SOD上调，但是SOD活性没有发生显著变化。综上所述，Fe-SOD和Mn-SOD在抵抗高温损伤方面起重要作用。
山农23的GR转录水平的变化比酶活性的变化早2 d，说明抗氧化酶相关基因对高温胁迫的响应较酶活性更敏感。值得注意的是，在高温处理条件下济麦20的GR基因表达量在处理4 d时开始下调，但酶活性在8 d开始低于对照，原因可能是GR在处理前期超表达或者GR活性的变化不是由转录水平调控的，更可能受转录后水平调控。
参考文献：
[1]Maestri E， Klueva N， Perrotta C， et al. Molecular genetics of heat tolerance and heat shock proteins in cereals[J]. Plant Molecular Biology， 2002， 48（5/6）： 667-681.
[2]Hasanuzzaman M， Nahar K， Alam M M， et al. Physiological， biochemical， and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants[J]. International Journal of Molecular Sciences， 2013， 14（5）： 9643-9684.
[3]Melchiorre M， Robert G A N， Trippi V， et al. Superoxide dismutase and glutathione reductase overexpression in wheat protoplast： photooxidative stress tolerance and changes in cellular redox state[J]. Plant Growth Regulation， 2009， 57（1）： 57-68.
[4]Miller G， Suzuki N， Ciftci-Yilmaz S， et al. Reactive oxygen species homeostasis and signalling during drought and salinity stresses[J]. Plant， Cell & Environment， 2010， 33（4）： 453-467.
[5]De Pinto M C， Locato V， De Gara L. Redox regulation in plant programmed cell death[J]. Plant， Cell & Environment， 2012， 35（2）： 234-244.
[6]Farooq M， Aziz T， Hussain M， et al. Glycinebetaine improves chilling tolerance in hybrid maize[J]. Journal of Agronomy and Crop Science， 2008， 194（2）： 152-160.
[7]Gupta N K， Agarwal S， Agarwal V P， et al. Effect of short-term heat stress on growth， physiology and antioxidative defence system in wheat seedlings[J]. Acta Physiologiae Plantarum， 2013，35（6）：1837-1842.
[8]马旭俊，朱大海. 植物超氧化物歧化酶（SOD）的研究进展[J]. 遗传，2003， 25（2）： 225-231.
[9]Foyer C H， Halliwell B. The presence of glutathione and glutathione reductase in chloroplasts： a proposed role in ascorbic acid metabolism[J]. Planta， 1976， 133（1）： 21-25.
[10]Xu L， Han L， Huang B. Antioxidant enzyme activities and gene expression patterns in leaves of Kentucky bluegrass in response to drought and post-drought recovery[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science， 2011， 136（4）： 247-255.
[11]Almeselmani M， Deshmukh P S， Sairam R K. High temperature stress tolerance in wheat genotypes： role of antioxidant defence enzymes[J]. Acta Agronomica Hungarica， 2009， 57（1）： 1-14.
[12]Sairam R K， Srivastava G C， Saxena D C. Increased antioxidant activity under elevated temperatures： a mechanism of heat stress tolerance in wheat genotypes[J]. Biologia Plantarum， 2000， 43（2）： 245-251.
[13]Tan W， Liu J， Dai T， et al. Alterations in photosynthesis and antioxidant enzyme activity in winter wheat subjected to post-anthesis water-logging[J]. Photosynthetica， 2008， 46（1）： 21-27.
[14]Arakawa N， Tsutsumi K， Sanceda N G， et al. A rapid and sensitive method for the determination of ascorbic acid using 4， 7-diphenyl-l， 10-phenanthroline[J]. Agricultural and Biological Chemistry， 1981， 45（5）： 1289-1290.
[15]Kanematsu S， Asada K. Characteristic amino acid sequences of chloroplast and cytosol isozymes of CuZn-superoxide dismutase in spinach， rice and horsetail[J]. Plant and Cell physiology， 1990， 31（1）： 99-112.
[16]Smith M W， Doolittle R F. A comparison of evolutionary rates of the two major kinds of superoxide dismutase[J]. Journal of Molecular Evolution， 1992， 34（2）： 175-184.
[17]Ogawa K， Kanematsu S， Asada K. Intra-and extra-cellular localization of “cytosolic” CuZn-superoxide dismutase in spinach leaf and hypocotyl[J]. Plant and Cell Physiology， 1996， 37（6）： 790-799.
[18]Hu X， Liu R， Li Y， et al. Heat shock protein 70 regulates the abscisic acid-induced antioxidant response of maize to combined drought and heat stress[J]. Plant Growth Regulation， 2010， 60（3）： 225-235.
[19]Xue D， Jiang H， Hu J， et al. Characterization of physiological response and identification of associated genes under heat stress in rice seedlings[J]. Plant Physiology and Biochemistry， 2012，61：46-53.
[20]Kurepa J， Van Montagu M， Inz E D. Expression of sodCp and sodB genes in Nicotiana tabacum： effects of light and copper excess[J]. Journal of Experimental Botany， 1997， 48（12）： 2007-2014.