高鹽低溫脅迫下水稻葉細胞ROS清除系統的相關基因表達

趙 靜，梁建生，吳雪玲，劉曉琴，栗會召，朱素琴＊

（1 南通大學 生命科學學院，江蘇南通226007；2 南方科技大學，廣東深圳518055）

植物響應高鹽／低溫脅迫的氧化還原控制途徑是一個龐雜的抗氧化體系，該體系是在細胞質、葉綠體（基質、類囊體膜）和線粒體（內膜和基質）等中進行的酶促和非酶促生化反應的網絡體系，涉及到光合電子傳遞、呼吸鏈電子傳遞。植物體內的活性氧（ROS）由抗氧化的非酶類物質如抗壞血酸（ASC）、谷胱甘肽（GSH）、生育酚等和抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化氫酶（CAT）等組成的抗氧化系統清除。水－水循環以及抗壞血酸－谷胱甘肽循環在植物抗氧化系統中起著重要作用［1］。植物的抗氧化系統活性明顯受到環境脅迫因子的影響，并且與光合作用密切相關。當光合速率和電子傳遞能力處于最佳狀態，細胞內的抗氧化系統維持本底水平的運行。逆境條件如低溫、高鹽、干旱等脅迫下，光合速率和電子傳遞速率都因逆境因子的影響而顯著下降，此時抗氧化系統中的谷胱甘肽（GSH）、抗壞血酸（ASC）含量都上升到最高值。抗壞血酸在植物體內有多種重要功能，首先，在光保護過程中起著重要作用，調節非光化學淬滅（NPQ）和光化學淬滅的強度，直接調節紫黃質去環氧化酶的活性從而調節紫黃質循環的強度［2］。其次，它是細胞內外重要的抗氧化物質。ASC 可直接與活性氧反應而將其還原，又可作為酶的底物在活性氧的清除過程中起作用，即在葉綠體類囊體表面作為還原劑參與抗壞血酸過氧化物酶（APX）介導的H2O2的清除過程。在這一過程中，ASC 氧化成單脫氫抗壞血酸（MDHA）。葉綠體中APX 發揮正常的催化作用時，需要依賴單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）、鐵氧還蛋白（ferredoxin，Fd）和谷氧還蛋白（GLR）等參與的4種反應源源不斷地再生ASC。如ASC 分別利用NAD（P）H 或谷胱甘肽（GSH）作為電子供體，由MDHAR 或DHAR 催化過氧化物酶反應中的氧化產物得以再生，而這2種電子供體又可利用來自類囊體的電子再生［3］。由于ASC在清除活性氧的過程中發揮作用，故在葉綠體中，它與氧的攝入、APX的功能及分子氧還原相關的過程統稱為“米勒－抗壞血酸過氧化物酶光呼吸［4］。另外，ASC及類囊體的質子化作用能提高紫黃質脫環氧化酶（VDE）的活性，促進了紫黃質循環，紫黃質循環中的紫黃質與ABA 的合成密切相關，可見植物響應逆境的氧化還原控制途徑是一個相互協調的有機整體。

植物抗氧化系統是近30年來植物生理學研究的熱門課題之一，目前已經深入到分子水平。人們試圖通過基因工程手段改變或增加某種抗氧化物質的含量，或者增強某種抗氧化酶的活性提高逆境條件下植物的抗氧化能力，雖然在某些植物上有一些成 功 的 例 子［5－6］，但 與 預 期 相 反 的 結 果 也 時 有 發生［7－8］。其原因是對氧化還原控制途徑缺少“宏觀”的研究，對氧化還原控制體系中的關鍵（或重要）成員缺少深入的“微觀”探究。本研究以水稻為研究材料通過基因（表達譜）芯片技術，全面了解（掃描）高鹽或低溫逆境下水稻基因組基因表達情況，根據已有的研究結論將抗氧化體系中（酶類和非酶類物質）相關基因整合在一起，構建水稻響應高鹽和低溫逆境的氧化還原體系。

1 材料和方法

1．1 實驗材料及處理

粳稻品種‘寧粳1號’（j－NJ－1）、秈稻9311（i－93－11）為實驗材料。選取健壯飽滿的種子，用1%H2O2溶液消毒。充分漂洗后28 ℃浸種48h，后于30 ℃催芽36h。待種子露白后，挑選長勢良好的種苗播種于盛有蛭石的白瓷盤中，在植物生長箱（ZSX 1000GS，武漢瑞華儀器設備有限責任公司）中培養。培養溫度為30 ℃／22 ℃（晝／夜），光子通量密度為200μmol·m－2·s－1。培養過程中，每隔2d更換1次木村B 培養液［9］，培養幼苗至4葉期。然后進行如下處理。（1）對照（CK）：水稻苗移入木村B 培養液繼續培養，培養溫度為30 ℃／22 ℃（晝／夜），光子通量密度為200μmol·m－2·s－1。（2）高鹽逆境（SS）：水稻苗移入含有NaCl的木村B培養液培養，NaCl濃度逐漸增加，第1、2、3天NaCl濃度分別為50、100和150 mmol／L。培養溫度為30 ℃／22 ℃（晝／夜），光子通量密度為200μmol·m－2·s－1。（3）低溫處理（LT）：水稻苗移入木村B培養液培養，放入植物生長箱中，溫度逐漸降低，第1、2、3天的溫度分別為20℃、10℃和5℃。光子通量密度為200 μmol·m－2·s－1。

根據上述實驗設計，共形成3種處理。第3天，將3種處理材料于200μmol·m－2·s－1PFD 下預處理2h，然后于1 200μmol·m－2·s－1PFD 下處理5h，其它條件不變。于高光處理后0和5h取功能葉片放入液氮中，用于基因表達譜分析。

1．2 RNA樣品制備及基因芯片分析

采 用Trizol（Invitrogen，Gaithersburg，MD，USA）一步法提取水稻葉片中的總RNA，通過異丙醇沉淀法濃縮RNA，并進一步采用RNeasy mini spin column 試劑盒（Qiagen，Valencia，CA，USA）對總RNA 進行柱純化，用分光光度計定量，甲醛變性膠電泳質檢。采用NERCBBT 改良的RNA 擴增標記方法合成帶生物素標記的cRNA，將純化后的cRNA 與Affymetrix公司水稻全基因組芯片（該芯片含有48 564個針對粳稻和1 260個針對秈稻基因設計的探針組）42 ℃雜交過夜，然后在芯片工作站Fluidics Station450（Affymetrix）進行芯片洗脫，采用 芯 片 掃 描 儀Gene Chip Scanner 3000（Affymetrix）進行掃描。這些工作均由北京博奧生物有限公司完成，每個樣品重復2次。

1．3 芯片圖像的采集與數據分析

采用GenePix Pro 4．0圖像分析軟件（Axon Instruments公司）對芯片圖像進行分析，把圖像信號轉化為數字信號；然后對芯片上的數據用Lowess方法進行歸一化；使用芯片分析軟件（Significant Analysis of Microarray，SAM）對每種樣品處理前后的數據進行分析，差異表達基因篩選標準為表達值≥2倍的變化率（處理／對照）和P≤0．05（FDR adjusted P value）。

結合MAS（Molecular Annotation System）系統（包括Gene Ontology Biological Process，Gene Ontology Cellular Component，Gene Ontology Molecular Function），在 線 （http：／／www．ricechip．org／）查詢相應蛋白質基因所對應的Affymetrix 57K 探針組，查找這些探針組所對應的基因芯片信號表達值，計算高鹽／低溫處理組與對照組的信號比值，把這些信號比值折算為以2為底的對數值，對這些 對 數 值 利 用Cluster 3．0 和TreeView version 1．60軟件對可重復的差異表達基因進行Hierarchical聚類分析。

2 結果與分析

2．1 Affymetrix表達譜平臺總RNA 質檢和芯片雜交掃描結果

采 用Trizol（Invitrogen，Gaithersburg，MD，USA）一步法提取12 個水稻樣本葉片的總RNA，純化后，紫外分光光度計測定OD260，根據1OD＝40 μg／mL RNA 的關系計算得出各RNA 樣品的濃度（表1）。總RNA 樣品進行1%甲醛變性瓊脂糖凝膠電泳，檢查總RNA 的完整性（圖1），RNA 樣品電泳條帶清晰，28S比18SrRNA 條帶亮度接近1∶1，質量符合表達譜芯片實驗要求。

圖1 水稻葉片總RNA 瓊脂糖凝膠電泳1～12泳道編號同表1Fig．1 Agarose gel electrophoresis of total RNA extracted from leaves of rice 1－12correspond to the sequence number in Table 1

表1 Affymetrix表達譜平臺總RNA質檢報告Table 1 Evaluation of total RNA for Affymetrix expressional profiling

12個樣本純化后cRNA 產物分別與12張Genechip? Rice Genome Array進行雜交和掃描，芯片雜交掃描結果顯示高鹽低溫下，水稻基因組中所有基因表達的熒光原始信號強度。芯片左上角有一清晰的“GeneChip Rice”字樣，四周邊界點線均勻一致，四角的點和中間的“＋”字清晰，表明芯片質量可靠。信號檢測報告表明，樣品各項檢測參數達到質控要求，Oligo B2、雜交控制探針等陽性對照信號、看家基因信號值正常；平均背景值與噪音值較低；陽性率數值正常。這些結果說明，本組基因芯片的質量和樣品RNA 提純質量都很好，雜交和檢測體系亦無問題，芯片檢測結果可靠。

2．2 脅迫下水稻葉片差異表達ROS清除酶基因

ROS清除系統包括清除ROS的酶類或蛋白和抗氧化劑。清除ROS 的酶類或蛋白有ROS 清除酶、抗氧化劑再生酶和ROS清除蛋白等3類?？寡趸瘎┲饕锌箟难帷⒐入赘孰牡龋?0－12］。

圖2 脅迫下水稻葉片差異表達ROS清除酶基因的微陣列譜從左到右各列依次是酶及其催化反應、基因名稱、基因ID和實驗處理（J－LT，X－LT，J－SS，X－SS代碼含義同表1）；紅色代表基因表達上調，綠色代表基因表達下調，黑色代表基因表達無變化；標尺下方數據表示基因表達量變化倍數，即處理與對照基因信號強度比值；圖4和圖6與此相同Fig．2 Microarray profile of differentially expressed genes of ROS scavenging enzymes in rice leaves under stresses The map displays the results for a given list of genes，with colour representing relative expression values（fold changes）．Columns represent enzymes and catalytic reactions，gene names（Gene symbol），Os GI code／gb，and experimental treatments（J－LT，X－LT，J－SS，X－SS，codes are the same as in Table 1）．All gene expression profiles（fold changes）were normalized for colour from red through black to green．Red indicates positive number（treatment vs．control），green indicates negative expression（repressed），and black indicates no change upon salinity or chill stress．Data below the scaleplate indicate fold change of gene expression，namely，the signal intensity ratio of expressed gene in treatment plant to expressed gene in control plant．The color scheme is the same as in Fig 4and Fig．6

ROS清除酶有超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）和過氧還蛋白（PrxR）等［13－14］，在水稻中分別由12、12、5、6 和13 個基因編碼（圖2），圖2顯示了這些基因在低溫或高鹽逆境下的差異表達微陣列譜。

圖3 差異表達ROS清除酶基因的統計分析Y 表示處理與對照信號強度比的倍數值，log2Y＞或log2Y＜－1分別表示基因上調表達或下調表達水平差異顯著Fig．3 Statistical analysis of the differentially expressed genes of ROS scavenging enzymes Y represents a multiple value of processing and control signal intensity ratio；log2Y＞1or log2Y＜－1，respectively upregulated or down－regulated gene expression levels were significantly different

表2 水稻葉片差異表達的ROS清除酶基因Table 2 Differentially expressed genes of ROS scavenging enzymes in rice leaves

從圖2、表2可以看出，在粳稻和秈稻中分別檢測到19 個和12 個差異表達的ROS 清除酶基因。低溫僅誘導1 個SOD 基因（GenBank：Ak104160．1）的表達上調，而高鹽脅迫誘導表達上調的基因涉及到ROS清除酶基因的所有種類，如編碼CAT 的LOC＿Os02g02400和LOC＿Os06g51150基因，編碼SOD 的LOC＿Os06g05110、LOC＿Os06g02500和LOC＿Os06g02510 基 因，編 碼 APX 的LOC＿Os08g41090基因，編碼PrxR 的LOC＿Os06g42000基 因，編碼GPX的LOC＿Os03g24380基因。逆境下水稻葉片內光呼吸增強，產生的超氧陰離子（O2）經過下列途徑被清除：O－·2→H2O2→H2O。該途徑的第一步反應由SOD 催化，產生的H2O2可被CAT、或被APX、或被GPX、或被PrxR 催化生成H2O 和其它產物，SOD 是ROS清除途徑中的第一個關鍵酶，CAT、APX、GPX 和PrxR 是該途徑的第二個重要酶或關鍵酶。過氧化物體參與光呼吸作用，位于過氧化物體中的APX4是ROS清除系統中的第二個關鍵酶，及時清除SOD 催化產生的H2O2，高鹽下，APX4 基因表達明顯上升。由圖3和表2還可見，第一，差異表達的基因數和差異表達倍數（Y 值的大小）在秈、粳稻之間有差異，說明秈、粳稻對高鹽或低溫逆境的敏感性不同；第二，高鹽處理后差異表達的ROS清除酶基因數顯著多于低溫處理，說明秈粳稻對高鹽脅迫更敏感。

2．3 脅迫下水稻葉片差異表達的抗氧化劑再生酶基因

圖4 脅迫下水稻葉片差異表達抗氧化劑再生酶基因的微陣列譜Fig．4 Microarray profile of differentially expressed genes of antioxidant regenerating enzymes in rice leaves under stresses

ROS清除系統中的抗氧化劑主要有抗壞血酸、谷胱甘肽等［10－12］，在清除ROS 的過程中抗壞血酸（ASC）和谷胱甘肽（GSH）等抗氧化劑脫氫而被氧化成氧化型抗氧化劑如單脫氫抗壞血酸（MDHA）、脫氫抗壞血酸（DHASC）、氧化型谷胱甘肽（GSSG）等，此時需要抗氧化劑再生酶催化抗氧化劑還原。水稻葉片抗氧化劑再生酶有單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）、谷胱甘肽還原酶（GR）和谷氧還蛋白（GLR）等，分別由5個、3個、4個和36個基因編碼（圖4）。從圖4和圖5可知，低溫對秈粳稻葉片MDHAR 基因、DHAR基因和GR 基因表達影響小，僅誘導極少數GLR 基因表達上調或下調。例如，經低溫處理后粳稻葉片中，僅有一個編碼GLR 基因表達下調，無表達上調相關基因；秈稻中有2個編碼GLR 基因表達上調，分別是LOC＿Os12g35340和LOC＿Os01g27140基因，無相關表達下調基因。高鹽脅迫可誘導秈粳稻許多抗氧化劑再生酶基因的表達變化，包括MDHAR 基 因、DHAR 基 因、GR 基 因 和GLR 基因。經高鹽脅迫后粳稻中有7個表達上調的抗氧化劑再生酶基因，9個表達下調的相關基因；秈稻中有11個表達上調相關基因和6個表達下調的相關基因，其中3 個GLR 基因（LOC＿Os01g09830，LOC＿Os12g35340和LOC＿Os01g27140）值得關注（表3）。LOC＿Os01g09830基因在J－LT、X－LT、J－SS、X－SS等4 個處理中均下調表達，其Y 比值分別為0．44、0．59、0．08和0．16，說明高鹽或低溫逆境都會抑制這個基因的表達。LOC＿Os12g35340基因僅在秈稻高鹽或低溫處理（X－LT，X－SS）中表達上調，其Y 值分別為4．14和5．05，而在粳稻高鹽或低溫處理（J－LT，J－SS）中表達水平無顯著變化。LOC＿Os01g27140基因在秈稻低溫處理（X－LT）或高鹽處理（X－SS）下表達均上調，其表達變化值Y 分別為2．79和41．42，而在粳稻低溫（J－LT）處理下，表達沒有變化，其Y值為0．98，而粳稻高鹽（J－SS）處理下表達上調，其Y 值為11．45，體現了秈粳稻對高鹽或低溫逆境的敏感性差異。

圖5 差異表達抗氧化劑再生酶基因的統計Fig．5 Statistical analysis of the differentially expressed genes of antioxidant regenerating enzymes

表3 水稻葉片差異表達的抗氧化劑再生酶基因Table 3 Differently expressed genes of antioxidant regenerating enzymes in rice leaves

表4 水稻葉片差異表達的ROS清除蛋白基因Table 4 Differently expressed genes of ROS scavenging proteins in rice leaves

圖6 脅迫下水稻葉片差異表達ROS清除蛋白基因的微陣列譜Fig．6 Microarray profile of differentially expressed genes of ROS－scavenging proteins in rice leaves under stresses

2．4 脅迫下水稻葉片差異表達的ROS清除蛋白基因

ROS清除蛋白和酶類主要有鐵蛋白（Ferritin）、銅藍蛋白（blue copper protein，BCP）、交替氧化酶（alternative oxidase，AOX）和硫氧還蛋白（thioredoxin，TRX）等，分別由2、20、5 和64個基因編碼，共91個基因（圖6）。從圖6和圖7 可知，低溫誘導表達上調或表達下調的ROS清除蛋白基因，粳稻中7個、秈稻中3個，分別占總數（91）的7．7%和3．3%。高鹽脅迫誘導表達上調或表達下調的ROS清除蛋白基因，粳稻中19個、秈稻中17個，分別占總數（91）的20．9%和18．7%。可見，低溫逆境對秈粳稻葉片ROS清除蛋白基因表達水平的影響小，而高鹽脅迫的影響非常明顯，這一點與ROS清除酶基因的表達特性相似。上述高鹽或低溫誘導表達上調或表達下調的基因中有兩組基因值得關注（表4）。第一組是高鹽脅迫或低溫逆境都能誘導表達上調的基因LOC＿Os08g37660和LOC＿Os07g48510，在JLT、X－LT、J－SS、X－SS處理中LOC＿Os08g37660基因的表 達 倍 數 值Y 分 別 是7．93、4．43、1．57 和2．63，LOC＿Os07g48510基因的表達倍數值Y分別是2．35、1．65、23．42和12．82，該8 個數據中盡管有2個數據（1．57和1．65）未達到2倍，但能體現基因表達是上調的。換言之，無論在高鹽脅迫或低溫逆境條件下基因LOC＿Os08g37660 和LOC＿Os07g48510都能發揮重要作用，這為今后進一步研究奠定了基礎。第二組是僅在高鹽脅迫下表達上調的基因，LOC＿Os04g51160、LOC＿Os08g29110、LOC＿Os01g61320和LOC＿Os02g53400共4個基因，在粳稻中它們的表達倍數Y 值分別是3．60、2．61、7．76和15．52，在秈稻中它們的表達倍數Y 值分別是2．68、3．61、17．50和85．05，它們的表達倍數Y 值高或非常高。LOC＿Os04g51160 編碼AOX 蛋白，LOC＿Os08g29110、LOC＿Os01g61320 和LOC＿Os02g53400編碼TRX 蛋白，它們在水稻響應高鹽脅迫過程中有重要作用。

圖7 差異表達ROS清除蛋白基因的統計分析Fig．7 Statistical analysis of the differentially expressed genes of ROS－scavenging proteins

圖8 水稻葉細胞內ROS清除途徑的分布Fig．8 Distribution of ROS－scavenging pathways in rice leaves

2．5 水稻葉細胞內各區室的ROS清除途徑

植物各細胞區室中幾乎都存在多種ROS清除酶，且每一區室的不同種類ROS均有多種清除酶。葉綠體類囊體通過“水－水循環”通路清除O－·2和H2O2，葉綠體基質中ROS主要由基質SOD 及抗壞血酸－谷胱甘肽循環來清除。此外，PrxR 和谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）也參與基質H2O2的清除。過氧化物酶體中，SOD、CAT 及APX 負責分解光呼吸和脂肪酸氧化產生的ROS。線粒體中同樣存在SOD、AOX 及抗壞血酸－谷胱甘肽循環。胞質酶促系統與葉綠體基質基本一致，但兩者編碼這些酶的基因卻不同。

根據芯片雜交結果、MAS（molecular annotation system）系統（包括Gene Ontology Biological Process，Gene Ontology Cellular Component，Gene Ontology Molecular Function）分析得出的結論，共獲得了187個相關基因，由這些基因產物（酶）所參加的生化反應構建成水稻葉細胞內ROS清除途徑的分布圖（圖8），主要闡明以下兩個方面的原則。第一，基因表達的機動性。基因表達的機動性主要表現在對不同逆境脅迫的響應，同一個基因對不同的逆境有不同的響應，或在相同的逆境下相似功能的一組基因有不同的響應等。例如，水稻Fe－SOD基因（LOC＿Os06g05110）低溫脅迫5h后其表達略有上調（統計不顯著），但經高鹽脅迫5h后，其表達上調約10倍。又如，在相同的脅迫條件下（如高鹽脅迫5h后），MDHAR（LOC＿Os08g05570）基因表達上調2．9倍，而另一個MDHAR基因（LOC＿Os09g39380）的表達量無顯著變化。第二，基因或功能蛋白的冗余性。水稻響應高鹽／低溫脅迫的氧化還原控制網絡包括SOD、APX、PrxR、GPX、CAT 和Trx等抗氧化酶，非酶促抗氧化劑GSH、ASC、類胡蘿卜素等，GSH氧化為GSSG、ASC 氧化為MDHA 或DHA，這些非酶促抗氧化劑構建了細胞內主要的氧化還原緩沖體系。由這些抗氧化酶、非酶促抗氧化劑組成的氧化還原途徑具有部分疊加功能，因此，不同氧化還原途徑之間有補償功能，即功能冗余，例如，維生素E缺失的擬南芥突變體中，ASC 和GSH 的含量增加［14］。冗余是生命進化過程中自然選擇賦予的一種固有特性，也是生命有機體減少外界環境變化對其生存影響的保險對策，對于生命系統具有重大意義。基因間功能的冗余性就好像細胞為其生化活動的參與因子做了一個備份，一旦某個基因發生異常變化甚至失活，與其冗余的“備份基因”就會激活且發揮功能性作用，使得細胞整體的生命活動得以維系，而這也正是自然選擇賦予生命進化的普適策略。

3 討 論

3．1 氧化還原調控網絡相關酶的協同作用

雖然細胞不同區室中的ROS清除路徑相互分離，但H2O2等ROS 極 易 跨 膜 擴 散［12］，且 抗 壞 血酸、谷胱甘肽等小分子抗氧化劑能在細胞不同區室間跨膜運轉［13］，因而細胞各區室的清除酶之間是相互協同作用的。對擬南芥的研究表明，ROS清除網絡在細胞不同區室間的協同作用模式非常復雜，一般認為強光脅迫導致葉綠體或過氧化物酶體中ROS的過量產生，推測強光脅迫也可能誘導葉綠體中清除酶類基因的表達，但實驗卻發現強光脅迫誘導的是細胞質而非葉綠體中清除酶類基因的表達［15］。另外，植物體中至少有3 種ROS 清除酶基因可同時在葉綠體及線粒體中表達［16－17］，說明這兩個細胞器間具有高度協同的防御應答機制。

3．2 葉綠體是氧化還原調控網絡的起點及終點

基于O2分子的化學性質、還原力需求狀態以及多余光合電子帶來的危害，葉綠體作為光合作用的場所與其它細胞器相比更易遭受氧化脅迫的傷害。葉綠體有多種ROS清除系統，至少包括2條完整的H2O2清除通路，即類囊體中的“水－水循環”和基質中的“抗壞血酸－谷胱甘肽循環”。在葉綠體中，H2O2和O－·2的產生與SOD、APX、CAT 等ROS清除酶的活性間存在動態平衡［18］。水稻至少有4種不同的葉綠體APX，即結合類囊體膜的APX8（LOC＿Os02g34810）、基質APX5（LOC＿Os12g07830）、基質APX6（LOC＿Os12g07860）、基 質 APX7（LOC＿Os04g35520）。而SOD在水稻葉綠體中有2種不同形式，即Cu／Zn－SOD（LOC＿Os08g44770）和Fe－SOD（LOC＿Os06g05110）。葉綠體抗壞血酸－谷胱甘肽循環中還存在另外一些清除酶。葉綠體中還有大量抗壞血酸及谷胱甘肽等抗氧化劑的存在，以還原或重新合成被氧化的生物分子。光照下葉綠體需重新修復被氧化的代謝物質，該過程對還原力的需求主要由光合電子傳遞鏈提供。伴隨光氧化脅迫的增強，幾乎全部光合電子被傳遞到抗氧化防御系統以提供還原力、增強抗氧化脅迫的能力［18］。現有報道表明，葉綠體信號轉導由質體醌、硫氧還蛋白系統的氧化還原狀態、四吡咯（tetrapyrroles）、碳水化合物及脫落酸等誘發，并進一步調控抗氧化酶和氧化還原調節因子的表達，從而說明葉綠體是氧化還原調控中的起點及終點［19］。

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