水稻是全球性重要的粮食作物,由于环境胁迫造成的产量降低、品质下降的损失是惊人的。盐碱等环境胁迫条件下,植物体由于细胞内活性氧的产生增多,引发了活性氧的代谢紊乱,对细胞造成了一系列的毒害。如何有效地清除过多的活性氧,调节活性氧的产生与清除平衡,增强抗氧化酶活性与提高抗氧化代谢水平,最大限度地降低活性氧的毒害作用,已成为当今植物抗性机理研究的一个热点。在本研究中,我们选取了水稻抗氧化系统的关键解毒酶抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase,APX）与过氧化氢酶（catalase,CAT）同工酶,在碳酸盐等胁迫下,对同工酶基因的表达特性、植物体内同工酶的功能特性与盐胁迫的关系进行了比较研究;同时,对同工酶基因的重组蛋白在体外的表达特性,以及转基因植物突变体及其相关生理生化代谢,进行了系统的研究。以期对胁迫下的植物抗性机理进行补充与探索,为提高植物抗逆性的研究提供理论依据。主要获得了以下研究结果: 根据Genbank数据库及水稻基因组序列信息,利用RT-PCR方法,获得了水稻APX同工酶基因APXa、APXb与CAT同工酶基因CAT1、CAT2的功能区片段。两个APX同工酶基因推定的氨基酸序列的相似性为92%,预测定位于微体过氧化物体的可能性分别为47.4%和50.8%;定位于细胞质的可能性都为45%。CAT同工酶基因推定的氨基酸序列的相似性分别为76.4%,预测定位于微体过氧化物体的可能性分别为74.8%、64%;定位于细胞质的可能性为45%。在80mM NaCl,30mM NaHCO₃,15mM Na₂CO₃,10%PEG,15mM H₂O₂等胁迫条件下,基因表达结果显示:APX同工酶基因在叶与根中均可表达,表达上既有相似趋势又有细微差异:与对照相比,APXa、APXb在叶中以80mM NaCl处理表达量最高:APXb在根中的30mM NaHCO₃,15mM Na₂CO₃处理时表达量高于80mM NaCl的处理,以15mM H₂O₂的表达量最高,均强于对照水平,此特点与APXa存在不同;APX同工酶基因受到胁迫时表现出各自的特性。CAT同工酶基因受到胁迫诱导而表达量显著增加,在叶中的表达均高于根;CAT1与CAT2存在较细微的表达差异:CAT1在叶中以15mM H₂O₂的表达量最高,在根中的各处理中表达量相似:CAT2在根与叶中,均表现以80mM NaCl、15mM Na₂CO₃和15mM H₂O₂处理的表达量较高。 结合同工酶基因的差异表达特性,我们在活性蛋白质水平上对水稻体内APX、CAT同工酶的表达特性与上述盐胁迫的关系进行了研究。酶活性结果显示,APX总活性由于盐胁迫而缓慢升高,CAT活性受胁迫呈波动变化趋势,酶活性在叶片与根中存在差异。APX、CAT同工酶的酶谱分析进一步揭示了酶活性与上述盐胁迫的关系,至少有五种,APX同工酶被检测到,并且有新谱带在处理的48hr后样本中出现:三种CAT同工酶谱带被检测到;叶片中的酶谱种类多于根中;胁迫处理下,水稻组织中的H₂O₂含量表现波动的变化趋势;抗坏血酸含量表现出增加的趋势,与酶活性呈正相关。本研究结果,显示出水稻APX与CAT同工酶在胁迫胁迫下的差异表达特征。 为进一步阐明水稻APXa与APXb同工酶的酶学特性,采用蛋白质重组技术,将水