银杏叶片抗氧化系统大气CO2、O3浓度升高的响应机制

大气CO2 和O3浓度在近150年来同时分别上升了30%和65%，特别在城市及其周边地区大气CO2 和O3浓度基本在同步上升，因此城市树木的生长会同时受到高浓度CO2和高浓度O3的的双重影响。CO2和O3浓度增加所引起的全球气候变化必将影响到植物的生理代谢过程及内在的分子调控机制。本项目选取5年生银杏作为研究对象，以市区开顶箱模拟法和室内植物单细胞培养法，分别从细胞、分子水平上研究在高浓度CO2、O3及其复合作用条件下，分析银杏叶片抗氧化系统活性的变化规律与MAPKs信号转导通路中磷酸酶的表达、细胞的凋亡及细胞内各种活性氧水平的变化情况，揭示CO2、O3浓度升高及其相互作用对植物的影响，阐明植物在气体环境改变条件下抗氧化系统的变化机理。

本项目选取 5 年生银杏作为研究对象，以市区开顶箱法模拟未来大气CO2、O3浓度，分别从细胞、分子水平上研究在高浓度 CO2、O3 及其复合作用条件下，分析银杏叶片抗氧化系统活性的变化规律与 MAPKs 信号转导通路中磷酸酶的表达及活性氧水平的变化情况，分析CO2、O3 浓度升高及其相互作用对银杏抗氧化系统的影响机制。项目进展比较顺利，结果如下。1）在短期(60天)内CO2浓度倍增（700µmol mol-1）使银杏活性氧水平下降，抗氧化系统活性升高。植株抗氧化能力增强，但长期（70天以上）CO2浓度倍增处理则使试验结果发生逆转。2）高浓度O3(80nmol mol-1,160nmol mol-1)使银杏叶片活性氧水平升高。ASA含量与SOD、APX及GR活性在高浓度臭氧熏蒸的前期升高，但随着臭氧暴露时间的延长ASA含量与保护酶活性均变得低于对照。因此，在高浓度臭氧熏蒸的前期（30天以内），银杏抗氧化酶能够在一定程度上调节自身的活性适应环境变化。但连续的高浓度臭氧胁迫导致活性氧含量升高，抗氧化酶活性下降。在处理50天后，二种高浓度臭氧条件下银杏叶片均出现可见伤害，其抗氧化系统已经不能抵抗长期臭氧胁迫所带来的氧化伤害。3） 高浓度O3熏蒸初期，经倍增浓度CO2预处理的银杏活性氧水平、抗氧化系统活性与自然O3浓度条件下植株无显著差异，高浓度CO2预处理银杏对O3的抵抗能力增强。但随着高O3曝露时间的延长，活性氧增加，抗氧化系统活性降低，表明高CO2诱导银杏产生的对O3胁迫的高抗性是不稳定的。4）高浓度O3预处理(50天)使银杏的抗氧化系统活性下降。将经高浓度O3预处理的银杏分别置入倍增浓度CO2与自然CO2环境中，随后的20天高CO2处理使活性氧水平低于自然CO2环境，而抗氧化酶活性高于自然CO2环境。这表明倍增CO2浓度能有效的恢复高浓度O3处理对银杏的氧化胁迫。5）蛋白质免疫印迹法（Western bloting）检测银杏叶片细胞 MAPK信号转导途径中氧化应激相关的 Anti-ASKⅠ、p38、JNK 磷酸化水平的影响，高浓度臭氧条件下银杏叶片MAPK途径中p38通路磷酸酶表达，表明高浓度臭氧很可能激活了银杏叶片p38信号通路，通过这条通路影响下游的抗氧化酶，抵御氧化胁迫。