新疆雪莲组培苗在低海拔地区衰亡的机理研究

新疆雪莲是我国名贵的高原药用植物，为解决其药源问题，我们建立了新疆雪莲组织培养技术，实现其道地种植。在该过程中发现，当保持培养条件（光照、温度等）不变情况下，将组培苗从高海拔（60kPa）移至低海拔（101kPa）地区30天后，其叶片变黄，然后全株枯萎死亡。研究表明，低海拔下组培苗光合效率、叶绿体含量等发生显著变化。叶绿体是高等植物重要的细胞器，其生理状态能够显著地表征植物叶片的衰老。因此，本课题研究内容是：1>不同大气压力下叶片组织生理生化指标的变化规律；2>以电镜为主要手段研究组培苗在不同大气压力下叶绿体膜系统、基粒片层等超微结构的变化；3>以MALDI-TOF-MS为主要技术分析叶绿体差异蛋白组对大气压力变化的应答规律。研究目的是：确定在低海拔地区叶绿体对大气压力变化的应答特点及其与植株衰亡之间的关系。阐明新疆雪莲对大气压力变化的响应机制，为高原药用植物向低海拔地区引种提供理论依据。

本课题旨在研究大气压力变化对新疆雪莲生长的影响，阐明新疆雪莲对大气压力变化的响应机制，为高原药用植物向低海拔地区引种提供理论依据。该项目从2011年1月开始至今（2013年12月），在课题组成员的努力下已经完成项目既定的目标和相关的研究内容，并在此基础之上继续进行深入的研究。我们取得以下的成果：（1）发现新疆雪莲组培苗在高大气压力下(101 kPa)的死亡属于细胞凋亡性死亡；（2）在高大气压力下(101 kPa)，新疆雪莲叶绿体外膜和细胞质的界限变得模糊、嗜锇体数目增加、类囊体膨大，而在低压下培养的新疆组培苗叶片叶绿体超微结构正常；（3）随着大气压力的增高，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶（CAT）、以及过氧化物酶（POD）的活性均增高。在组培苗生长的后期，先是SOD活性发生突然的增加，随后与CAT和POD的活性同时很快降低，此时，也伴随着组培苗叶片的黄化和死亡；但在低压（60 kPa)下生长的组培苗其抗氧化酶的活性没有显著的变化。（4）通过双向电泳对不同大气压力下新疆雪莲组培苗叶绿体蛋白进行分析，对ImageMaster 2D platinum 6.0分析后的2倍以上差异点进行MALDI-TOF-MS分析，其中106个在高大气压力下表达下调，127个表达上调，2个仅在低大气压力中表达，1个仅在高大气压力下表达。由此说明在不同的大气压力下新疆雪莲叶绿体蛋白发生差异性表达，结合生理生化指标分析说明在高大气压力下发生表达变化的蛋白影响了新疆雪莲叶绿体的正常生理功能。本课题的研究结果阐明了：高大气压力(101 kPa)引起新疆雪莲组培苗叶绿体蛋白表达发生了变化，这些蛋白为ATP synthase F1 subunit 1、chlorophyll A/B binding protein、Polyphenol oxidase F、ATP synthase beta subunit、ATP synthase CF1 beta chain及部分假设蛋白，从而影响了叶绿体的结构和生理功能，导致了叶片程序性死亡。在本项目完成的同时，我们又有了新的想法， 下一步的工作我们准备从转录组的层面研究新疆雪莲在高大气压力下衰亡的分子机制。