高温胁迫是限制植物生长发育的主要非生物胁迫之一,在作物生产中极大的影响了作物的产量。甘氨酸甜菜碱(甜菜碱)是一种小分子量的相容性物质,一些植物和微生物在受到环境胁迫时会有甜菜碱的积累。进行光合作用的植物只要光合作用发生就会不可避免的发生光系统Ⅱ损伤,当植物处于高温等非生物胁迫条件下时,光系统Ⅱ的合成速率往往无法补偿其损伤速率,从而导致光抑制。转甜菜碱不同合成途径酶基因(BADH,cod A)的番茄能够有效的提高抗高温的能力,因此研究甜菜碱提高转基因番茄抗高温能力的机制具有重要意义。本实验利用野生型番茄和转甜菜碱合成途径中的两个关键酶基因(醛脱氢酶基因,BADH和胆碱氧化酶,cod A)的番茄为实验材料,比较研究了野生型番茄和转基因番茄的正常条件和高温逆境条件下的生理指标差异,相关基因的转录表达差异,相关蛋白的氧化水平差异,蛋白含量差异等揭示了高温胁迫下甜菜碱对光系统Ⅱ的修复循环保护的机理。主要结果如下:(1)通过转基因技术使没有內源性甜菜碱的番茄植株内甜菜碱得到了有效积累。(2)高温胁迫下,番茄的光合速率下降,产生光抑制,而转基因番茄和外源喷施甜菜碱番茄植株较野生型番茄植株在高温下的光合速率较高,光抑制程度较轻,实际光化学效率较高,D1蛋白含量较高,表现出了对高温较强的耐性。(3)用洁霉素处理植株抑制叶绿体蛋白的合成,然后检测番茄植株在高温下的光抑制程度,发现转基因植株具有更高的最大光化学效率,D1蛋白的含量低于野生型植株。(4)高温胁迫43°C条件下较正常温度25°C下番茄植株的抗氧化酶CAT、POD、APX、SOD酶活性有所提高,转基因番茄植株的抗氧化酶活性高于野生型番茄植株。(5)高温胁迫下,H2O2积累和O2-产生速率增加,野生型番茄植株的H2O2积累高于转基因植株,O2-产生速率高于转基因植株。(6)高温胁迫43°C处理后,野生型番茄植株的可溶性蛋白的氧化水平高于转基因植株和外源喷施甜菜碱植株。(7)高温胁迫43°C条件下编码D1蛋白的基因psb A,抗氧化酶基因的转录表达水平升高,转基因植株的抗氧化酶基因CAT1、CAT2、Cu SOD、GR、MDHA的转录水平表达量较野生型高。(8)43°C高温胁迫条件下,蛋白酶基因DEG1、DEG7、DEG8、fts H2、fts H5、fts H12在野生型中没有太大变化,而在转基因植株中基因转录表达都有所升高。蛋白酶基因fts H1、DEG5胁迫条件下没有较大变化。蛋白酶基因fts H9胁迫条件下在转基因植株、外源喷施甜菜碱植株和野生型植株中转录表达量都有所升高。以上结果表明,高温胁迫下,转基因植株和外源喷施甜菜碱植株能够有效的积累甜菜碱,增强了植物的耐热性。甜菜碱能够直接或间接的提高了高温胁迫条件下植物的抗氧化酶的活性,降低了H2O2积累和O2-的产生速率,减轻了植株的氧化胁迫程度,使可溶性蛋白的氧化水平较野生型植株低,从而使翻译延伸因子EF-G的活性受抑制程度降低,从而使蛋白翻译的受抑制程度降低。在高温胁迫条件下甜菜碱能够使部分蛋白酶基因的转录水平的表达量较野生型高,或许提高了受损光系统Ⅱ蛋白的降解速率。用洁霉素处理植株抑制叶绿体蛋白的合成后,高温胁迫条件下,转基因植株和外源喷施甜菜碱的植株较野生型植株有较高的最大光化学效率,光抑制程度较野生型植株低,说明甜菜碱保护了番茄植株的光系统Ⅱ。高温胁迫下甜菜碱对光系统Ⅱ的修复循环起到了保护作用。