逆境下作物质体末端氧化酶表达与功能的研究

光合作用是保证植物正常生长的基础，也是作物产量的主要来源。逆境引起作物减产的一个重要原因就是破坏了光合作用的正常进行。因此，研究植物体内对光合作用的保护机理，尤其是胁迫条件下维持正常光合作用的机制，对于在农业生产中提高作物的抗逆能力来减少自然灾害的损失具有重要意义。质体末端氧化酶（PTOX）是植物叶绿体呼吸过程的末端氧化酶，能氧化质体醌并将电子传递给分子氧生成水。它在维持光合电子传递和光合作用正常进行的过程中有十分重要的作用。特别是在逆境下，PTOX功能的正常发挥能够有效保护光合电子传递链，避免活性氧过量积累对植物的生理活动尤其是光合作用造成破坏。所以，研究PTOX与植物（特别是作物）抗逆性的关系具有重要的理论和应用价值。本项目拟通过研究作物在逆境信号下PTOX的表达和功能特征，探讨PTOX在作物抗逆生理过程中的作用，为实际生产提供理论依据，并为今后的深入研究打下良好基础。

质体末端氧化酶（PTOX）是植物叶绿体呼吸的末端氧化酶，由于其在光合过程中的重要作用，已成为近年光合作用研究领域的一个新热点。通过本项目的研究，我们从多种作物中克隆了PTOX基因，并着重对大豆的PTOX进行了全面分析，发现了大豆基因组中旁系同源的两个PTOX拷贝。这两个拷贝编码了基本相同的氨基酸序列，包含了所有已确认的PTOX重要功能位点。另外，我们检测到在水分胁迫下大豆PTOX的表达量会明显上升。而水杨酸还能进一步提高大豆PTOX的表达水平，并减轻水分胁迫对大豆的氧化伤害。结合相关生理过程研究的结果，我们推测PTOX水平的升高可以减轻质体醌库的还原程度，并通过叶绿体呼吸对光合电子传递链起到保护作用，缓解胁迫伤害。这些研究结果对深入认识PTOX在作物逆境生理过程中的作用提供了帮助。通过本项目的实施，我们还建立了一套针对植物PTOX的有效实验体系，为今后继续开展对PTOX的研究打下了良好的基础。