张海波[1]2003年在《光系统Ⅱ蛋白磷酸化在植物光破坏防御中的作用》文中研究说明光合作用是地球上最重要的化学反应 是唯一可以把太阳光能转变成生物体所需化学能的过程 是地球上多种多样生命活动的能量基础 尽管太阳光能是植物光合作用的原初推动力 但过多的光能也会造成光合效率降低 即发生光抑制 在其它胁迫条件同时存在时 强光对植物光合作用的抑制作用更加明显 甚至导致光合机构的破坏 光系统 II PSII 复合体是光破坏的首发部位在长期的进化过程中 植物演化形成了一系列防御光破坏的机制 保护光合机构免受光破坏 我们的研究表明 PSII 蛋白的磷酸化在光破坏防御中具有重要的保护作用 一 大豆叶片 D1 蛋白磷酸化/去磷酸化本身不影响 PSII 电子传递 活性 为了探讨 PSII 功能和 D1 蛋白磷酸化之间的关系 在利用蛋白激酶抑制剂FSBA 处理并改变大豆叶片中 PSII 核心组分 D1 蛋白的磷酸化水平之后 观测了叶片叶绿素荧光参数 PSII 电子传递活性和 D1 蛋白含量的变化 同时 利用 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳和蛋白免疫印迹的方法分析磷酸化的 D1* 和非磷酸化的 D1 D1 蛋白 得到如下结果 1 在暗适应的大豆叶片中存在高水平磷酸化的 D1 蛋白 2 小时的 FSBA 1mmol/L 处理可以使磷酸化的 D1蛋白全部去磷酸化 2 磷酸化 D1 蛋白的去磷酸化没有造成 D1 蛋白的净损失也没有引起大豆叶片叶绿素荧光参数的明显变化 3 PSII 的电子传递活性(H2O → 1,4-BQ) 没有因为磷酸化 D1 蛋白的完全去磷酸化而发生明显的变化根据以上结果得出结论 大豆叶片 PS II 复合体核心组分 D1 蛋白的磷酸化/去磷酸化本身并不影响 PSII 反应中心的功能 III<WP=6>光系统 II 蛋白磷酸化在植物光破坏防御中的作用 二 大豆和南瓜叶片 PSII 可逆失活的不同机制 通过对饱和光响应的比较研究 探讨大豆和南瓜叶片光破坏防御机制的差异 一方面 大豆和南瓜叶片在饱和光下产生一些相同的变化 1 经过 3 小时饱和光处理 它们的初始叶绿素荧光参数 Fo 都明显升高 而 PSII 光化学效率 Fv/Fm 都明显降低 但经过随后的 3 小时暗恢复后 Fo 和 Fv/Fm 都可以恢复到初始暗对照的水平 2 在饱和光处理和随后的暗恢复过程中都没有发生D1 蛋白的净损失 另一方面 经过饱和光处理 3 小时后 大豆和南瓜叶片还发生一些不同的变化 1 大豆叶片的低温荧光参数 F685 和 F685/F735 都明显降低 但南瓜叶片的这两个参数却没有明显的变化2 大豆叶片的部分 LHCII从 PSII 核心复合体上脱离 但南瓜叶片却没有发生 LHCII 的脱离 3 在饱和光下测定的南瓜类囊体 PSII 电子传递活性明显降低 而大豆类囊体 PSII 电子传递活性没有明显变化 此外 在经过充分暗适应的大豆叶片检测到部分 D1蛋白处于磷酸化状态 而在充分暗适应的南瓜叶片却没有检测到磷酸化的 D1蛋白 以上结果显示 大豆和南瓜叶片对光破坏具有相同的防御策略----PSII可逆失活 但却涉及不同的机制 大豆叶片的 PSII 失活涉及 LHCII 从 PSII 核心复合体脱离 而南瓜叶片的 PSII 失活不涉及 LHCII 的脱离 叁 LHCII 脱离保护 PSII 反应中心免受光破坏 通过在饱和光下蛋白激酶抑制剂 FSBA 处理 研究了 LHCII 脱离在 PSII光破坏防御中的作用 获得如下结果 1 饱和光照明可以引起部分 LHCII 从PSII 核心复合体上脱离 但 FSBA 处理可以抑制 LHCII 脱离 2 大豆叶片经过 3 小时饱和光处理后 初始荧光 Fo 明显升高 而 PSII 光化学效率 Fv/Fm 显着降低 但经过随后 3 小时暗恢复后 Fo 和 Fv/Fm 基本可以恢复到初始暗对照的水平 而 FSBA 处理增大它们的变化程度 并且放置暗中 3 小时后不能恢复 3 在没有 FSBA 存在的情况下 饱和光照明对 PSII 电子传递活性和 D1 蛋白含量没有明显的影响 但是在 FSBA 存在时 3 小时饱和光照明引起 PSII 电子传递活性和 D1 蛋白含量的明显降低 以类囊体为实验材料进行的体外实验得出类似的结果 4 饱和光照明可以诱导大豆叶片 PSII 核心蛋白 D1 D2 和 IV<WP=7>光系统 II 蛋白磷酸化在植物光破坏防御中的作用CP43磷酸化水平的升高 但引起LHCII蛋白磷酸化水平的降低 饱和光下 FSBA可以抑制 D1 D2 和 CP43 的蛋白磷酸化 这些结果表明 在饱和光下 LHCII脱离可以保护 PSII 反应中心免受光破坏 而且 PSII 核心蛋白的磷酸化可能在LHCII 脱离过程中发挥重要的作用
张海波, 许大全[2]2003年在《光系统II蛋白磷酸化及其生理意义》文中进行了进一步梳理蛋白磷酸化修饰在几乎所有的生命活动中都起重要的调节作用。该文结合作者研究组的研究工作 ,概述了光系统II(PSII)蛋白磷酸化的调节及其生理功能。PSII复合体中的核心组分D1、D2、CP43和PsbH蛋白以及外周捕光天线 (LHCII)蛋白都可以发生磷酸化。PSII蛋白磷酸化受质醌 (PQ)的氧化还原状态、细胞色素b6f(Cytb6f)和硫氧还蛋白以及光调节。PSII蛋白磷酸化可以调节激发能在两种光系统(PSI和PSII)之间的分配 ,减轻光胁迫对PSII的压力 ,保护核心蛋白免于光破坏 ,稳定PSII复合体的结构。
颉敏华[3]2009年在《青花菜叶片的光抑制特性和光破坏防御机制及锌的影响》文中认为青花菜(Brassica oleracea L.Var Italicap),属十字花科芸薹属甘蓝种中能形成花球的一个变种,营养成分齐全且含量高,位居甘蓝类蔬菜之首,栽培面积不断扩大。强光高温已成为制约青花菜生产的重要因素。强光下植物发生光抑制是一种普遍的自然现象,有关青花菜光抑制特性和光破坏防御机制的研究未见报道。适量施锌能提高青花菜叶片的净光合速率和花球产量及品质,但锌提高青花菜光合能力与光化学效率、光破坏防御机制之间的关系尚不清楚。本研究以叶绿素a荧光参数和光合气体交换参数为探针,研究了不同光温条件下青花菜叶片的光抑制特性;应用日变化研究法和抑制剂法比较研究了PSⅡ反应中心可逆失活、D1蛋白周转、叶黄素循环在青花菜叶片光破坏防御中的作用;应用砂培的方法研究了锌对青花菜叶片光合作用、光抑制特性和光破坏防御机制的影响。主要研究结果如下:1.青花菜叶片具有完善的光破坏防御机制,强光高温下PSⅡ反应中心的可逆失活是青花菜叶片的一种重要的光破坏防御机制。夏季晴天条件下,随太阳光照强度的增强和叶温的升高,连体青花菜叶片的Fv/Fm、Fv’/Fm’、ФPSⅡ和qP均大幅度降低;在1800μmol·m~(-2)·s~(-1)人工强光及不同叶温胁迫条件下,随强光处理时间延长,充分暗适应的青花菜叶圆片的Fv/Fm、Fv’/Fm’和ФPSⅡ降低,均表明青花菜叶片在强光下发生了光抑制;其Fv/Fm、Fv’/Fm’、ФPSⅡ和qP在下午弱光下或暗中又能较快恢复的事实表明,青花菜叶片具有完善的光破坏防御机制。不同处理叶温强光下,青花菜叶片的Fo升高,弱光或暗中Fo恢复降低,表明PSⅡ反应中心的可逆失活可能是青花菜叶片防御光破坏的主要机制。2.抑制D1蛋白周转和叶黄素循环,均可使强光或强光高温下青花菜叶片的PSⅡ反应中心遭受破坏,抑制D1蛋白周转的破坏程度大于抑制叶黄素循环的,D1蛋白周转在青花菜叶片光破坏防御中的作用大于叶黄素循环。SM和DTT处理均使不同叶温强光下青花菜叶片的Fv/Fm、ФPSⅡ和Fv’/Fm’的下降程度加大,表明抑制D1蛋白周转和叶黄素循环,均可使强光或强光高温下青花菜叶片的光抑制程度加重,抑制D1蛋白周转的加重程度大于抑制叶黄素循环的。经适温暗恢复,SM和DTT处理叶片的Fv/Fm均不能完全恢复,表明抑制D1蛋白周转和叶黄素循环使强光或强光高温下青花菜叶片的PSⅡ反应中心发生了不可逆破坏,且抑制D1蛋白周转的破坏程度大于抑制叶黄素循环的。SM和DTT处理的青花菜叶片在不同叶温下经1800μmol·m~(-2)·s~(-1)强光照射4h,再适温暗恢复12h后在1000μmol·m~(-2)·s~(-1)光强下进行荧光诱导,SM处理的ФPSⅡ和Fv’/Fm’不随诱导时间延长而升高;DTT处理的升高幅度小于CK,大于SM处理的,进一步证明抑制D1蛋白周转和叶黄素循环使强光或强光高温下青花菜叶片的PSⅡ反应中心发生了不可逆破坏,且抑制D1蛋白周转的破坏程度大于抑制叶黄素循环的。以上结果充分证明D1蛋白周转在青花菜叶片光破坏防御中的作用大于叶黄素循环。3.适量施锌能提高青花菜叶片的光合能力,但能增加青花菜叶片对光抑制的敏感性。适量施锌能提高青花菜叶片的含锌量,促进青花菜幼苗生长。适量施锌后,青花菜叶片的Chla和Chlb含量、CA活性、Pn、Gs、Ci、AQY、CE均提高,分别较CK提高9.56%、11.32%、152.94%、14.32%、41.55%、26.17%、12.14%、7.59%。锌主要通过增大叶片的气孔导度,增加胞间CO_2浓度,降低气孔限制来提高青花菜叶片的净光合速率;通过提高CA活性来提高叶片的羧化能力和光合能力。但适量施锌加重了强光或强光高温下青花菜叶片的光抑制程度,增加了青花菜叶片对光抑制的敏感性,可能与锌参与D1蛋白降解有关。4.建立了用离体叶片进行光抑制研究的实验方法。建立了由微波硫灯提供强光、水浴锅控制温度、去离子水漂浮离体叶圆片的光抑制研究实验方法,研究所得青花菜叶片的光抑制特性和光破坏防御机制与夏日晴天日变化研究所得结果一致。可避免自然光照下光强不稳定,照光时间不够长,温度无法控制等因素带来的困难和试验误差,摆脱自然条件的约束。
张海波, 张清源, 姜思奇, 从迎新, 宋波[4]2017年在《植物PSⅡ的LHCⅡ可逆脱离的磷酸化调节》文中指出LHCⅡ是植物光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体,能够与光系统Ⅱ和光系统Ⅰ可逆脱离,进行光能的捕获和传递及参与光抑制破坏的防御。LHCⅡ与PSⅡ的可逆脱离主要受自身磷酸化和PSⅡ核心蛋白磷酸化的调节。在低光强下,LHCⅡ磷酸化后与PSⅡ脱离,与PSⅠ结合,平衡PSⅡ与PSⅠ之间的激发能;在强光下,PSⅡ核心蛋白磷酸化导致LHCⅡ的脱离,使之处于游离状态,主要进行过剩能量的耗散。部分LHCⅡ受活性氧诱导发生磷酸化而与PSⅡ脱离,尔后与PSⅠ结合,D1蛋白有利于分解PSⅡ损伤,参与修复受损伤的PSⅡ。
姜闯道[5]2003年在《高等植物光合作用中的激发能分配及光破坏防御机制》文中提出通过气体交换、叶绿素荧光和高效液相色谱技术，以及抑制剂引入和缺素材料培养等方法研究了：光系统II反应中心失活对光系统II天线调节的影响；抑制天线调节后，激发能在两个光系统之间的分配和光合活性的变化；以及通过不同缺素（缺铁、缺锰）培养阻断光合电子传递后，激发能捕获、分配和光破坏防御机制的变化。通过实验得出如下主要结果：1．链霉素（SM，叶绿体基因编码蛋白的抑制剂）处理玉米叶片阻断D1蛋白周转后，与对照相比，强光下SM处理叶片的最大光化学效率（Fv/Fm）降低，且弱光下不能完全恢复，同时光系统II活性（1/Fo-1/Fm）和电子传递速率（ETR）显着下降。而且，SM处理叶片的非光化学猝灭（NPQ）和叶黄素循环的脱环氧化水平增加。但是，NPQ的主要组分高能态（qE）猝灭则减小；光抑制组分（qI）增加。用1/Fo-1/Fm代表PSII反应中心的活性对qE、qI作图，观察到反应中心活性降低到一定程度时强烈地抑制依赖叶黄素循环的高能态猝灭。推测高能态猝灭的降低可能与反应中心活性下降导致的电子传递速率降低有关。2．将二硫苏糖醇（1,4-dithiothreitol DTT）引入叶片抑制紫黄质的脱环氧化，观察到，DTT处理没有伤害叶片的最大天线转化效率（Fv/Fm），但光下叶绿素荧光降低比率（Rfd）下降；强光下DTT处理叶片开放反应中心激发能捕获效率（Fv'/Fm'）比对照高30-40％，光化学猝灭系数（qP）比对照叶片低约40％；强光下DTT处理叶片分配给PSI的激发能比对照叶片低约30％，分配PSII的激发能比对照叶片高20％左右，激发能分配严重偏离平衡状态；DTT处理叶片PSII的激发能压力（1-qP）较对照高，但非光化学猝灭明显比对照低；进一步的实验揭示DTT引入不仅完全抑制了玉米黄质（Z）的生成，<WP=9>还抑制了状态转换（qT）。据此，认为DTT可能通过抑制天线色素的调节能力导致两光系统之间激发能分配的失衡，进而使DTT处理光合活性下降。3．铁元素作为光系统I和光系统II复合物必需的辅助因子，其缺乏导致大豆、玉米叶片光合能力大幅下降。充分暗适应的缺铁叶片其荧光诱导曲线中有一个明显的K点；最大光化学效率（φpo）降低，但下降幅度较小；捕获激发能的电子转化效率（ψo）和光系统II电子传递的量子效率（φEo）大幅下降；而且缺铁叶片每个反应中心的光能吸收和激发能捕获增加，但每个反应中心的光合电子传递下降，于是使每个反应中心的激发能耗散增加。稳态光合条件下，显着降低天线转化效率（Fv'/Fm'）、光化学猝灭系数（qP）和光系统II电子传递量子效率（ΦPSII），而非光化学猝灭（NPQ）明显增加。因此，认为活体叶片中铁缺乏不仅伤害光系统II复合物供体侧的放氧复合物（OEC），而且还导致光系统II受体侧QA向QB的电子传递受阻，从而影响了激发能的分配。缺铁叶片光合速率的大幅度下降可能不是色素含量降低的结果；充分暗适应的缺铁叶片的荧光诱导曲线表明缺铁叶片失活的光系统II反应中心达75％以上；每个反应中心的光能吸收和激发能捕获增加，但是每个反应中心的光合电子传递下降，于是致使每个反应中心的激发能耗散增加，这可能是导致光合速率下降的主要因素。而且，强光下，缺铁叶片的天线转化效率比正常叶片低，用于光化学反应的激发能很少，缺铁叶片激发能耗散增加。通过抑制剂处理和叶黄素组分的分析，认为在耗散过剩激发能的过程中，缺铁叶片充分启动了叶黄素循环。缺铁及对照叶片由暗处突然转入强光下的叶绿素荧光猝灭动力学曲线有着明显的差异。突然暴露在强光下后，对照叶片天线转化效率迅速下降，减少激发能捕获，在6分钟左右已达到最低值，对照叶片也在6分钟左右非光化学猝灭达到最大值；而缺铁叶片的天线转化效率下降相当缓慢，在14-18 min左右才达到最低值，缺铁叶片的非光化学猝灭也在16分钟左右达到峰值。这与缺铁叶片在照光过程初期叶黄素脱环氧化水平较对照叶片低是一致的。此外，光合启动过程中铁缺乏叶片PSII的开放程度（qP）和实际光化学效率（ΦPSII）都增加很少，远远低于对照。检测发现缺铁叶片抗坏血酸的含量明显低于对照，向缺铁叶片中引入20 mM的还原型抗坏血酸溶液后，叶片在照光过程初期叶黄素脱环氧化水平迅速增加，荧光动力学分析表明缺铁叶片非光化学猝灭的启动也加快。根据以上数据推测缺铁叶片中低的抗坏血酸含量可能限制了紫黄质脱环氧化酶的活性，进而导致非光化学猝灭启动的减慢。4．锰是光系统II放氧复合物（OEC）的必需组分，锰缺乏导致叶片光合速率比对照低50%左右。缺锰叶片的Fv/Fm较对照低约30%－40％，而Fo比对照高2-3倍左右。强光下，缺锰叶片的qP为对照的50％。缺锰降低了叶片的高能态猝灭（qE），仅占其NPQ<WP=10>的60％左右；而对照qE组分占NPQ的90％左右。对照和缺锰叶片叶黄素库的脱环氧化程度分别为36％和21％左右。因此，认为缺锰叶片qE的降低可能是由于叶黄素脱环氧化程度减少所致。进一步的实验揭示，锰缺乏严重影响了荧光诱导曲线，出现一个明显的K点；J点相对荧光产量（Vj）增加。光下，缺锰大豆叶片PSII量子效率（ΦPSII）、电子传递速率（ETR）、天线转化效率（Fv'/Fm'）和光化学猝
代欣, 胡举伟, 张秀丽, 孙广玉[6]2016年在《植物光合机构对光环境的适应机制:状态转换》文中研究说明在自然条件下,植物接受的照光量经常变化,而植物在进化过程中已形成了相应的适应机制,用以维持光环境变化过程中2个光反应之间光能转换的能量平衡.植物的调控系统不但能通过调控叶片和叶绿体的运动以及光合色素的积累调节光的吸收,还可以通过光系统的状态转换灵活地调节捕光色素蛋白复合体吸收的能量分配.特别是在低光强下,植物通过可对电子传递链的氧化还原状态做出响应的激酶和磷酸酶调控光系统Ⅱ捕光色素蛋白复合体(LHCⅡ)的可逆磷酸化,从而调节激发能在PSⅠ与PSⅡ之间的分配.植物的状态转换机制是植物适应光质等光环境变化的重要机制.本文综述了植物状态转换机制的研究进展,阐述了LHCⅡ的磷酸化及其在PSⅠ与PSⅡ两个光系统间的移动及其状态转换在植物适应光环境变化中的生理意义,并展望了今后的主要研究方向.
刘玉凤[7]2011年在《番茄光合作用对低夜温及其恢复的响应机理研究》文中研究表明设施蔬菜的生产已成为我国现代农业重要的组成部分,“十二五期间”还将继续加大设施农业的发展力度,确保百姓“菜篮子”安全、充足,而发展“冬季菜篮子”工程成为保障全国冬季蔬菜的供给,满足老百姓需求的重大举措。然而,在我国北方的早春季节栽培中,番茄的设施栽培极易遭受到低夜温,导致光合作用下降,严重影响其产量与品质。因此,探究低夜温对设施番茄光合作用的限制部位,有助于我们及时进行大工调控,消除光合作用的限制因素,减轻低温对植物造成的伤害,达到高产优质栽培的目的,是现阶段可持续设施农业亟待解决的重要问题。本文以番茄品种“辽园多丽”为试材,研究了番茄光合作用对低夜温及其恢复的响应机理,全面系统的分析了低夜温限制番茄叶片光合作用的因素。在此基础上,研究了番茄叶片光合作用和水-水循环对低夜温响应的钙素调控,为化学调控植物代谢,缓解低夜温逆境障碍提供理论依据。主要研究结果如下：1.明确了不同低夜温显着降低番茄叶片光合作用的气孔因素。在9d的9℃和6℃低夜温条件下,伴随着净光合速率(Pn)不可逆的降低,气孔导度(Gs)、胞间C02浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)将同步大幅度降低,气孔限制值(Ls)显着的高于对照；且导致有转录水平调控的Rubisco活性的降低；以上说明气孔限制和Rubisco活性的下降是9℃和6℃低夜温导致番茄叶片净光合速率降低的因素；在恢复阶段,主要是气孔因素影响了番茄光合作用的恢复速度和程度。2.明确了不同低夜温导致番茄叶片光合产物反馈抑制。9℃和6℃低夜温处理9d导致番茄叶片蔗糖的大量积累,且降低蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性；通过RT-PCR分析,发现低夜温对番茄叶片中蔗糖代谢合成酶活性的影响是通过：mRNA转录水平上进行的调控。从蔗糖和淀粉含量分别与净光合速率(Pn)和SPS活性呈极显着负相关关系的结果看,低夜温导致的番茄光合效率的降低可以用光合产物反馈抑制假说来解释；在恢复阶段,9℃和6℃低夜温胁迫后光合作用的后继影响并不是碳水化合物反馈抑制的结果。3.明确了不同低夜温对番茄叶片中PSⅡ光抑制及光化学活性的影响。9℃和6℃低夜温处理9d内导致叶片PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)的可逆性降低、PSⅡ潜在的活性(Fv/F。)、实际光化学量子效率(ΦPSⅡ)、PSⅡ的电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(qP)均下降、非光化学猝灭系数(NpQ)提高；15℃适温恢复9d时,叶绿素荧光参数均能恢复到对照的85%以上。上述结果说明：低夜温导致番茄叶片PSII的可逆光抑制的发生和光化学活性的下调。过剩光能的耗散主要是通过增加类囊体膜两侧的质子动力势；天线色素上的能量耗散(D)和经色素去激发过程的能量耗散(Ex),其中天线色素耗散的形式占主要地位；及状态转换等措施来保护光合机构。4.明确了不同低夜温对番茄叶片中PSⅠ光抑制的影响。9℃和6℃低夜温降低了番茄叶片由供体侧限制引起的PSⅠ处非光化学能量耗散的量子产量Y(ND),增加了P700-还原态、由受体侧限制引起的PSⅠ处非光化学能量耗散的量子产量Y(NA)和PSI有效的光化学效率Y(I)。表明低夜温导致PSⅠ受体测受到限制,光抑制发生,其影响是可逆的。5.明确了不同低夜温对番茄叶片活性氧代谢机制的影响。9℃和6℃低夜温导致用于碳同化的电子流[Je(PCR)]的比例减少主要伴随着用于依赖于氧的电子流[Ja(O2-dependent)]的比例增加；诱导了番茄叶片中活性氧(02-和H202)的积累,同时抗氧化酶(SOD、APX、DHAR和GR)的活性及抗氧化剂(AsA和GSH)的含量高于对照；适温恢复过程中,我们发现活性氧(02-和H202)降低达到对照水平,同时抗氧化酶活性及抗氧化剂含量都能恢复到对照。低夜温条件下通过活性氧的积累看出,说明增加的番茄叶片中SOD活性和AsA-GSH循环清除活性氧的能力并未与氧还原的速率一致；活性氧的清除需要抗氧化酶及抗氧化剂整个防御系统的协调作用。6.明确了短时低夜温对番茄叶片光合作用的影响。6℃低夜温胁迫1h导致番茄叶片Pn。降低9.8%；同时Gs、Ci和Tr分别同步下降19%、8.9%和12%；我们通过扫描电子显微镜观察,6℃低夜温胁迫1h导致气孔的开张度和开张率都大幅度降低,其气孔的开张率仅为44.31%,而对照植物的气孔开张率为65.16%；胁迫3h后引起羧化效率(CE)的降低。由此可见,气孔的开闭对低夜温非常敏感。6℃低夜温处理11 h导致叶绿体的形状变的稍圆,淀粉粒的数量增多,所占叶绿体的比例增大,基粒片层结构变少,嗜锇颗粒降低。7.明确了短时低夜温对番茄叶片蔗糖代谢内源规律性的变化。短时6℃低夜温处理1h就导致蔗糖(31.2%)的大量积累,且3h后的积累是打破了原有的规律性变化导致的；同时AI、NI和SPS活性出现节律性滞后2h的现象,且这种节律性变化并不是在转录水平上发生的。说明短时低夜温11 h内并不存在着光合产物的反馈抑制的表面机制。8.明确了短时低夜温对番茄叶片PSⅡ和PSⅠ的影响。短时6℃低夜温处理11 h内Fv/Fm轻微下降,差异不显着,且一直保持在正常植株所具有的范围之内(0.8-0.83)；同时Y(NPQ)和Y(NO)一直低于对照,伴随着它们的下降,Y(I)高于对照水平,表明低夜温11h内并没有引起PSⅡ的光能过剩及光损伤,未导致PSⅡ光抑制的发生；同时,我们发现6℃低夜温处理11h内导致PSⅠ的Y(ND)和Y(NA)下降及Y(I)升高,说明单纯的低夜温胁迫11h内并未引起PSI供体侧和受体侧的限制。9.明确了短时低夜温对番茄叶片叶绿体中水-水循环的影响。短时6℃低夜温处理3h后导致叶绿体中O2·-和H202的积累,但在整个处理时间内并未引起MDA含量的增加。伴随着活性氧的积累,叶绿体中SOD和DR活性及AsA和GSH含量增加。因此,叶绿体中水-水循环的启动对于匹配氧的还原速率至关重要。而且叶绿体中活性氧的累积滞后于碳同化的降低。10.明确了钙素对低夜温下番茄叶片光合作用的调控。Ca2+通过增加6℃低夜温下番茄叶片气孔的宽度和开张度,提高了低夜温下番茄叶片的Gs,进而增加其Ci,提高了低夜温下番茄叶片的Pn；同时增加了低夜温下叶绿体宽度和面积,降低了淀粉粒的数量,导致淀粉粒所占叶绿体内的比例大幅度降低,促进光能吸收,有利于光合作用的顺利进行。因此,Ca2+预处理调控了气孔的状态及叶绿体的面积来缓解低夜温对番茄叶片光合作用的不利影响。11.明确了钙素对低夜温下番茄叶片叶绿体中水-水循环的调控。Ca2+预处理后通过进一步激活了低夜温下叶绿体中抗氧化酶(SOD、APX、DHAR和GR)活性及抗氧化剂(AsA和GSH)含量,参与了AsA-GSH循环的调控,增强了植株对活性氧的清除能力,降低了低夜温下叶绿体中活性氧(O2·-和H202)的积累及MDA的含量。说明Ca2+在逆境中通过激活叶绿体中保护酶的活性及抗氧化剂的含量以清除低夜温胁迫过程中所产生的氧自由基,从而达到使植物免受伤害的目的。
李杰[8]2016年在《油菜素内酯调控辣椒低温耐受性的作用机理》文中进行了进一步梳理近年来,随着人类生产活动和温室效应的作用,全球极端天气频发。冬春季节,我国北方设施蔬菜生产面临冷害和冻害的严重威胁。因此,在改善农业基础设施和提高设施环境调控能力的同时,研究蔬菜作物对逆境胁迫的应答机制,运用生长调节剂等提高蔬菜作物对不良环境条件的耐性,对提高蔬菜产量、品质和经济效益具有十分重要的科学意义。油菜素内酯(BRs)作为一种新型植物生长调节剂,广泛参与植物多种生理过程,尤其在植物生长发育及其对逆境的响应等方面具有重要的调节作用。然而,目前人们对BRs介导的耐低温机制仍不清楚。本试验以低温敏感型辣椒品种‘湘研16号’为试材,通过叶面喷施24-表油菜素内酯(24-epibrassinolide,EBR)研究了外源EBR对低温胁迫下(15/5℃,昼/夜)辣椒幼苗生长、激发能分配、渗透调节物质积累和抗氧化防御的影响;利用高通量测序RNA-seq和i TRAQ技术,分析了低温胁迫下EBR对辣椒幼苗转录组和蛋白质组的影响,并利用实时荧光定量PCR技术验证了高通量测序结果的可靠性。从生理生化、基因和蛋白质3个方面探讨BRs调控辣椒幼苗耐低温胁迫的生理和分子调控机制。主要试验结果如下:(1)低温胁迫下,辣椒幼苗生长受到抑制,根系形态指标显着降低,膜脂过氧化产物MDA含量显着提高,抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT)显着增强。低温胁迫下,外源EBR处理可显着提高辣椒幼苗地上部干鲜重、根系活力、根系总长、根表面积和分根数及根系抗氧化酶SOD、POD和CAT活性,降低MDA含量,缓解低温对根系的伤害。EBR的适宜浓度为0.1μM。(2)EBR亦可显着提高低温胁迫下辣椒叶片光光系统II最大量子效率、光系统II实际光化学效率和光合系统II反应中心光能捕获效率,减少天线热耗散和过剩光能,缓解光抑制。低温胁迫增加了叶片MDA和活性氧H2O2、O2-和OH-的含量,产生了氧化应激反应,而通过喷施EBR可显着提高叶片SOD、POD、CAT、APX抗氧化酶活性(酶系统)和抗氧化剂As A和GSH的含量(非酶系统),降低ROS积累,缓解过氧化伤害。此外,低温下喷施EBR可以显着提高渗透调节物质脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质的含量。(3)采用RNA-Seq高通量测序技术共获得39,829个转录本,经过差异基因筛选,共得到656条差异表达基因,包括335条上调和321条下调差异表达基因。利用RT-PCR方法对20个差异表达基因进行了表达量验证,定量检测结果与测序结果一致,证明建立的转录组数据库可靠。通过GO功能注释和KEGG富集分析,EBR可诱导光合作用相关基因显着上调,诱导纤维素合成蛋白和UDP糖基转移酶的合成,引起细胞质中钙信号的转导途径,诱导细胞内氧化还原相关基因GSTX1,PER72、CAT2的上调表达,也诱导激素代谢、氧化还原过程、信号转导和防御反应相关基因的表达。(4)采用i TRAQ技术共鉴定得到4661个蛋白质。通过差异蛋白质筛选,筛出上调蛋白217个,下调蛋白129个。GO注释分析表明,细胞学组件(Cellular Component)中,鉴定的差异蛋白主要是细胞功能和细胞组成相关蛋白;生物学过程(Biological Process)中,主要行使代谢过程(metabolic process,20.83%)、细胞过程(cellular processes,18.28%)和应激反应(response to stimulus,9.85%);主要参与催化活性(catalytic activity,47.73%)、结合功能(binding,36.62%)、结构性分子活性(structural molecular activity,5.30%)和抗氧化活性(antioxidant activity,3.54%)等生物过程。Pathway富集分析表明,差异蛋白被显着富集在82个代谢通路中,主要是代谢途径、次生代谢生物合成、核蛋白、光合作用天线蛋白等。主要参与电子传递以感应和传导逆境信号,调节光合作用和能量代谢以维持细胞内正常的能量供给,降低细胞壁的延展性以维系低温胁迫下细胞完整性,生成抗逆活性物质以维持细胞内环境稳定。主要参与光合固碳途径、氧化磷酸化途径、谷胱甘肽代谢途径、苯丙素生物合成途径、苯丙氨酸代谢途径和核糖体途径等代谢途径及催化及活性调节、蛋白质结构性分子活性、能量转运过程和蛋白质结合等过程。
徐秀玉[9]2016年在《干旱胁迫下线粒体交替氧化酶途径在平邑甜茶光破坏防御中的作用》文中研究说明高等植物线粒体具有两条呼吸电子传递链,即细胞色素呼吸途径和交替呼吸途径。交替途径是指一条从呼吸链泛醌处分支,以交替氧化酶(AOX)为末端氧化酶的非磷酸化电子传递链。由于它不受跨膜质子梯度及ATP/ADP比例的限制,可以绕过氧化磷酸化过程,直接快速消耗NAD(P)H,因此它可以消耗电子传递链上过多的电子,防止呼吸链的过氧化。近年来的研究表明,AOX途径能够减少活性氧的产生,在植物抗逆过程中发挥重要作用。强光是植物经常面临的逆境胁迫,在自然条件下,过剩光能会造成植物光合电子传递链的过度还原以及活性氧的产生,导致光抑制甚至光破坏的发生。研究发现,AOX途径在拟南芥等植物中具有光破坏防御作用,AOX途径在植物抗逆及光破坏防御方面成为人们的研究热点。迄今为止,人们对AOX途径的光破坏防御作用的研究仅仅局限于正常水分条件下的植株,而对于干旱胁迫下植物AOX途径是否也同样具有光破坏防御作用是个尚未解决的问题。干旱胁迫是自然界植物经常面临的逆境胁迫,干旱引起叶片气孔关闭,限制了光合作用原料CO2的供应,以致叶片发生更严重的光抑制。同时干旱胁迫还可能抑制和呼吸代谢相关的酶的表达和活性。在这种情况下,AOX途径活性是否会受到干旱胁迫的影响,失去光破坏的防御能力?或者说AOX途径的光破坏防御能力是否受干旱胁迫的影响,这是一个亟需阐明的科学问题。阐明干旱对AOX活性的影响作用以及AOX途径在干旱胁迫下的光破坏防御机制具有重要的理论意义。此外,前人研究AOX途径的抗逆作用都是用拟南芥、小麦、烟草等草本植物为材料,而对木本植物AOX途径的光破坏防御作用迄今尚无人探讨。本文用平邑甜茶作为材料,探讨AOX途径在木本植物中光破坏防御的作用,并研究干旱对AOX途径的影响,同时对AOX途径在干旱胁迫下对光合机构光破坏防御的作用进行了细致的探讨。具体的结果如下:(1)干旱胁迫下平邑甜茶叶片总呼吸速率和AOX途径的呼吸速率显着升高,COX呼吸速率轻微增加。Western-Blot结果显示,与正常供水相比,干旱胁迫下平邑甜茶叶片AOX的蛋白表达量明显增加。(2)正常水分条件下,SHAM处理抑制AOX途径后,平邑甜茶叶片F_v/F_m、PSII反应中心关闭的比例(1-q P)和光合线性电子传递速率(ETR),几乎不受影响。而干旱胁迫下,SHAM处理抑制AOX途径后,平邑甜茶叶片的F_v/F_m和ETR显着下降,1-q P和VJ显着上升,这表明干旱胁迫下抑制AOX途径后,平邑甜茶光合电子传递链受到明显的抑制,叶片发生更严重的光抑制。为了进一步探讨AOX途径受抑后的伤害位点,分别测定了正常供水和干旱胁迫下的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP)曲线,并对其进行了O点到P点标准化,结果表明AOX受抑和干旱胁迫后,曲线在J点处形成一个峰值,说明干旱胁迫和AOX途径受抑后,叶片光合电子传递链中电子从QA到QB传递受阻。(3)正常供水条件下,AOX呼吸途径被抑制后并没有显着增加平邑甜茶叶片H_2O_2的积累。与正常供水相比,干旱胁迫下AOX呼吸途径受抑后,叶片的H_2O_2含量显着增加。说明干旱胁迫下,AOX途径受抑后可促进叶片H_2O_2含量的积累。(4)离体平邑甜茶叶片在水分胁迫下,叶片的AOX活性显着增加,SHAM处理抑制AOX途径后,叶片发生严重的光抑制;失水胁迫下,PSII原初光化学反应的量子产额(TRo/ABS)、PSII捕获的电子从QA传递到QB的概率(ETo/TRo)下降,PSII单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)上升,而PSI的最大氧化还原活性(ΔI/Io)未受影响;SHAM抑制AOX途径后,TRo/ABS和ETo/TRo进一步下降,ABS/RC进一步上升,同时引起了ΔI/Io的下降,说明水分胁迫下,平邑甜茶叶片PSII发生光抑制,而SHAM处理在加重PSII光抑制的同时,引起了PSI的光抑制。即失水过程中,AOX呼吸上调是平邑甜茶叶片的重要光破坏防御机制,特别是对PSI具有重要的保护作用。(5)通过活体干旱和离体脱水模拟干旱实验,排除根部产生的信号物质(如ABA等)对叶片光合机构的影响,我们发现了单纯的干旱胁迫下,AOX途径可以对叶片起直接的光破坏防御作用。
李新国[10]2003年在《低温弱光条件下喜温植物PSI和PSII的光抑制及其相互关系》文中研究表明本文以甜椒新品系156（Capsicum annuum L.）和黄瓜品种津春14号（Cucumis sativus L.）为试材，研究了低温弱光胁迫对冷敏感植物PSI和PSII光抑制及其相互关系的影响，并辅以烟草（Nicotiana tabacum c.v. Xanthi）突变体ΔndhB，探讨了低温弱光胁迫条件下PSI环式电子传递的功能。主要结果如下：1. 低温弱光胁迫对甜椒光合作用的影响及其恢复过程的限制因素低温弱光胁迫后转到适宜条件下，随着低温弱光处理时间的延长，净光合速率（Pn）和气孔导度（Gs）下降，并伴随着胞间CO2浓度（Ci）升高；而暗中低温胁迫的叶片，其Pn和Gs下降，Ci降低。说明低温弱光和暗处低温的作用不同，低温弱光胁迫过程中限制光合作用的主要是非气孔因素。低温弱光胁迫引起甜椒叶片水势（Ψw）明显下降，而暗中低温处理的Ψw基本不变。暗处低温胁迫6 h后，甜椒叶片的光合速率在8 h内即可恢复，而低温弱光处理6 h后的恢复则需要约50 h。意味着暗中低温处理抑制了碳同化相关酶的活性，而低温弱光胁迫除抑制碳同化相关酶活性之外，还可能影响了光系统I低温胁迫对甜椒叶片Mehler反应和光呼吸的影响。单纯低温胁迫及随后的恢复过程对k (PSII/(CO2和Δk基本没有影响；而低温弱光处理结束时，k (PSII/(CO2大幅升高，在恢复过程中迅速下降；低温弱光处理结束时，Δk没有明显变化，在恢复过程中明显升高。这说明Mehler反应可能在低温胁迫过程中起作用，而光呼吸则在恢复过程中起保护作用。2. 冷敏感植物的低温弱光光抑制及保护机制低温弱光胁迫使甜椒叶片的最大光化学效率（Fv/Fm）下降，但能在适宜条件下4 h<WP=10>内基本恢复。低温弱光胁迫造成甜椒叶片氧化态P700大幅下降，其恢复过程需要约50 h，与光合速率的恢复时间一致。这意味着PSI光抑制是影响光合恢复的主要因素。而暗处低温处理对甜椒叶片的Fv/Fm和氧化态P700基本没有影响。低温弱光胁迫过程中，甜椒和黄瓜叶片Fv/Fm的下降均伴随着初始荧光（Fo）的降低，表明低温弱光对冷敏感植物的PSII没有明显伤害。在低温弱光胁迫过程中甜椒叶片Fv/Fm下降的幅度大于黄瓜，而氧化态P700的下降则小于黄瓜。黄瓜叶片的非光化学猝灭（NPQ）和叶黄素循环脱环氧化状态小于甜椒，而其叶片的活性氧积累却高于甜椒叶片，加之较多的能量向PSI再分配，造成黄瓜PSI比甜椒对低温弱光胁迫更敏感。引入电子受体甲基紫精（MV）后，低温弱光胁迫过程中甜椒叶片Fv/Fm受抑制变轻，氧化态P700基本没变，线性电子传递速率（ETR）高于对照叶片，这说明低温抑制了电子向受体的传递从而引起了两个光系统的光抑制；用二硫苏糖醇（DTT）抑制叶黄素循环后，NPQ上升幅度变小，Fv/Fm下降幅度变大，氧化态P700比对照降低；而叶片引入抗坏血酸（AsA）后，NPQ明显增加，表明依赖于叶黄素循环的NPQ对甜椒叶片起到了十分重要的保护作用。低温弱光胁迫过程中，冷敏感植物的水——水循环易被打破。水——水循环一方面具有耗能的作用，另一方面又会导致活性氧的积累，从而引起氧化态P700的下降。甜椒叶片的活性氧清除酶活性受低温弱光影响有轻微波动，超氧化物歧化酶（SOD）活性略低于常温弱光下的活性，而APX则出现上升。引入二已基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）后，甜椒叶片氧化态的P700下降，NPQ轻微上升，但对Fv/Fm基本没有影响。3. 低温胁迫对生物膜系统的影响低温弱光和暗中低温胁迫均引起甜椒叶片相对电导率和伤害度的增加，但低温弱光的影响明显大于单纯低温处理。低温胁迫对光合膜脂脂肪酸组成有轻微影响，而且低温弱光的影响大于单纯低温处理。暗中低温处理影响甜椒叶片的超微结构，有少数基粒出现模糊。而低温弱光胁迫使基粒片层垛迭结构出现解离，基粒消失，基粒数目减少。引入钙镁离子后，甜椒叶片的Fv/Fm下降幅度小于对照，而NPQ增加，这进一步证明了低温弱光对生物膜系统造成了伤害。4. 低温弱光胁迫下PSI环式电子传递的作用引入抗霉素A抑制PSI环式电子传递后，甜椒叶片的Fv/Fm明显下降，NPQ的增加小于低温弱光对照叶片。说明NDH复合体和FQR参与的PSI环式电子传递在低温弱光胁迫过程中具有保护作用。低温弱光胁迫下，烟草ΔndhB突变体的Fv/Fm、氧化态P700、NPQ、qE和ETR均低于野生型，并且ΔndhB的叶黄素循环脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)也低于野生型，这表明NAD（P）H脱氢酶介导的PSI环式电子传递可能通过建立跨膜ΔpH梯度以调节依赖于叶黄素循环的非辐射能量耗散。另外，ΔndhB的β/α-1明显高于野生型，表明NDH复合体的存在有利于光能向PSI的再分配。引入抗霉素A后野生型和ΔndhB的Fv/Fm均明显下降，对P700的氧化状态有轻微<WP=11>影响，二者的叶黄素循环脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)有轻微差异，并且野生型和ΔndhB的NPQ和qE均有所降低。表明FQR参与的PSI环式电子传递对能量耗散也同样具有调节作用。
参考文献：
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