缺鐵黃化對‘碭山酥梨’葉片光合特性、氮代謝相關酶活性及基因表達的影響.pdf

1、鐵是梨樹生長發(fā)育所必需的16種營養(yǎng)元素之一，在梨樹蛋白質和核酸的合成、光合作用、呼吸作用等諸多生理代謝過程中發(fā)揮著極其重要的作用。在中性和堿性條件下，鐵有效性低，容易發(fā)生Fe(OH)3沉淀。在高pH值條件下，每增加1個pH單位，溶液中活性鐵就減少1000倍，黃河故道地區(qū)是我國梨主產區(qū)之一，土壤pH值在7.5~8.0之間，缺鐵現象嚴重。
　　前期研究表明，鐵缺乏時，還影響其他礦質元素的吸收，‘碭山酥梨’黃化葉片中不僅鐵含量明顯下降，

2、其氮含量也明顯下降，且存在明顯的相關性。鐵又是氮代謝過程中很多酶的活化劑，如硝酸還原酶（NR）、亞硝酸還原酶（NiR）等，因此，研究鐵脅迫條件下，礦質元素之間的互作有一定的理論價值。
　　氮代謝是果樹的基本生理過程之一。氮素同化的主要途徑是經過硝酸鹽還原為銨后直接參與氨基酸的合成與轉化，期間硝酸還原酶（NR）、亞硝酸還原酶（NiR）、谷氨酸合酶（GOGAT）與谷氨酰胺合成酶（GS）等關鍵酶參與了催化和調節(jié)。以氨基酸為主要底物在細胞

3、中合成蛋白質，再經過對蛋白質的修飾、分類、轉運及儲存等，成為果樹有機體的組成部分。
　　目前有關果樹缺鐵對其相關基因與蛋白活性的影響研究較多，有關缺鐵對氮元素含量、氮代謝及其相關基因與蛋白活性的影響國內外還未見報道。為了探討缺鐵對‘碭山酥梨’葉片光合速率、葉綠素熒光特性、N代謝相關酶活性及相關基因表達的影響，試驗以不同黃化程度的葉片為試材，測定黃化葉片中Fe、N的含量、葉片光合速率、葉綠素熒光特性及Fe、N代謝相關酶的活性，分析了

4、缺鐵對N元素含量的影響及其之間的相關性；同時克隆了葉片中三價鐵螯合物還原酶基因（FRO）、硝酸還原酶基因（NR）、亞硝酸還原酶基因（NiR）、谷氨酸合酶基因（GOGAT）與谷氨酰胺合成酶基因（GS），并通過Real-time PCR技術分析其在不同黃化程度葉片中的相對表達量。主要結果如下：
　　1、不同程度黃化葉片中Fe含量的變化與N的含量呈極顯著正相關，其相關系數為r（Fe，N）=0.934。說明缺鐵的同時，也引起了N元素的缺乏

5、。
　　2、‘碭山酥梨’黃化葉片凈光合速率降低，胞間CO2濃度升高，光合速率下降為非氣孔限制；黃化對葉片光系統(tǒng)的影響，首先表現為放氧復合體（OEC）結構的破壞，進而導致葉片的PSII反應中心受到不同程度的傷害，造成電子傳遞鏈受阻，降低葉片的光能利用效率。
　　3、‘碭山酥梨’黃化葉片中FCR活性均顯著低于對照。隨黃化程度的增加， FCR活性呈逐漸上升的趨勢，且達到極顯著差異。黃化葉片中NR、NiR活性均顯著低于對照，隨黃化程

6、度的增加，黃化葉片中NR、NiR活性均呈逐漸上升的趨勢，且達到極顯著差異。輕度黃化葉片的GOGAT活性顯著高于對照，而隨黃化程度的增加，GOGAT活性呈下降的趨勢，中度黃化、重度黃化葉片谷氨酸合酶與對照相比差異不顯著；輕度黃化、中度黃化葉片的GS活性與對照相比差異不顯著，重度黃化葉片的GS活性顯著低于對照。
　　4、通過查找GenBank并比對梨基因組數據庫得到FCR、NR、NiR、GAGAT和GS的同原序列，設計引物進行擴增，驗

7、證并獲得了FCR、NR、NiR、GAGAT和GS序列。生物信息學分析表明，FCR基因序列編碼區(qū)（CDS）為2166 bp，編碼721個氨基酸，編碼的蛋白質可能位于質膜，屬于疏水蛋白，二級結構含有45.91％的α-螺旋；NR基因序列編碼區(qū)（CDS）為2709 bp，編碼902個氨基酸，編碼的蛋白質可能位于細胞質，屬于疏水蛋白二，級結構含有29.05%的α-螺旋；NiR基因序列編碼區(qū)（CDS）為1758 bp，編碼585個氨基酸，編碼的蛋白

8、質可能位于細胞核，屬于疏水蛋白，二級結構含有37.44%的α-螺旋；GOGAT基因序列編碼區(qū)（CDS）為4887 bp，編碼1628個氨基酸，編碼的蛋白質可能位于細胞質，屬于親水蛋白，二級結構含有39.31%的α-螺旋；GS基因序列編碼區(qū)（CDS）為1071 bp，編碼356個氨基酸，編碼的蛋白質可能位于微體，屬于親水蛋白，二級結構含有28.37%的α-螺旋。
　　5、FCR、NR、NiR、GOGAT和GS活性與其基因的表達量的變