發(fā)布時間：2022-01-10所屬分類：園林工程師瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 自然條件下晴天銀杏葉片光系統(tǒng)Ⅱ 光化學效率 ( Fv /Fm)表現(xiàn)明顯日變化。 上午 Fv / Fm隨光照的增強而降低 ,至 14: 00左右達最低值。其后隨著光強的減弱 Fv / Fm緩慢恢復。一天中葉黃素循環(huán)關(guān)鍵組分玉米黃質(zhì) ( Z)含量與 Fv / Fm呈負相關(guān)。用二硫蘇糖醇 ( DTT)阻
摘 要: 自然條件下晴天銀杏葉片光系統(tǒng)Ⅱ 光化學效率 ( Fv /Fm)表現(xiàn)明顯日變化。 上午 Fv / Fm隨光照的增強而降低 ,至 14: 00左右達最低值。其后隨著光強的減弱 Fv / Fm緩慢恢復。一天中葉黃素循環(huán)關(guān)鍵組分玉米黃質(zhì) ( Z)含量與 Fv / Fm呈負相關(guān)。用二硫蘇糖醇 ( DTT)阻斷 Z 的形成后 ,光抑制程度大大加深。 結(jié)果表明與葉黃素循環(huán)有關(guān)的非輻射能量耗散的增加是產(chǎn)生光抑制的原因之一。強光處理前飼喂 D1蛋白合成抑制劑林可霉素 ( LM) , Fv /Fm下降幅度增加 ,而且在暗中與弱光下的恢復出現(xiàn)差異 ,但強光處理后再引入 LM,則對 Fv /Fm 兩種恢復無明顯影響。 這表明強光可引起銀杏葉片 D1蛋白的快速周轉(zhuǎn)而植物體內(nèi)這種 D1蛋白鈍化、復活之間的動態(tài)平衡可能是避免強光損傷的保護性反應。 自然條件下強光脅迫并不能導致銀杏葉片 D1蛋白的凈損失。
關(guān)鍵詞: 光抑制; PSⅡ 光化學效率;葉黃素循環(huán) ; D1蛋白;銀杏
強光脅迫下植物光合作用的光抑制受到越來越多研究者的關(guān)注。 尤其是近年來隨著天然色素非輻射能量耗散過程的發(fā)現(xiàn) ,人們對光抑制機理的認識已發(fā)生了很大的改變 (許大全 1992, Long& Humphries 1994)。 我們曾觀測到晴天中午銀杏葉片有嚴重光合午休現(xiàn)象 ,并推測與光抑制有關(guān) (孟慶偉 1995) ,但一天中 Fv /Fm下降程度和葉黃素循環(huán)各組分含量的關(guān)系 ,特別是和玉米黃質(zhì) ( Z)的關(guān)系目前還不清楚。關(guān)于 D1蛋白周轉(zhuǎn) ( turnov er) 與光抑制的關(guān)系一直眾說紛紜。 Ohad( 1984)認為光系統(tǒng)Ⅱ 反應中心的鈍化與 D1蛋白有關(guān)。 D1蛋白周轉(zhuǎn)發(fā)生在光抑制過程的早期階段 ,而 Clela nd( 1990)則認為光系統(tǒng)Ⅱ 失活發(fā)生在 D1蛋白凈損失之前 , D1蛋白降解是為了阻止光系統(tǒng)Ⅱ反應中心失活程度的進一步加深。郭連旺 ( 1994, 1996)對自然條件下珊瑚樹及田間小麥的觀測并未發(fā)現(xiàn) D1蛋白的凈損失。本文將研究銀杏葉片光合作用光抑制的機制 ,著重探討葉黃素循環(huán)及 D1蛋白的周轉(zhuǎn)與光抑制的關(guān)系。
1 材料與方法
1. 1 材料栽培
兩年生銀杏苗自然條件下室外盆栽。盆內(nèi)徑 45 cm,盆高 60 cm,裝干土 16. 5 kg ,常規(guī)管理。
1. 2 葉綠素熒光參數(shù)的測定
采用便攜式植物效率分析儀 (英國 Ha nsa tech公司制造 )測定初始熒光 ( Fo) ,最大熒光 ( Fm)和光系統(tǒng)Ⅱ光化學效率 ( Fv /Fm)。 測前預暗 5 min,閃光時間 2 s。
1. 3 葉黃素循環(huán)各組分分析
用直徑 1 cm 的打孔器取葉圓片 8～ 10片 ,放入研缽 ,加少許石英砂與 CaCO3 ,用 100% 丙酮研成勻漿。 1000 r /min離心 5 min。 葉黃素循環(huán)各組分的高壓液相色譜分析參照趙世杰 ( 1995)方法。 葉綠素 a( chl a)和葉綠素 b( chl b)含量用 UV -120分光光度計測定。
1. 4 葉片氣體交換參數(shù)的測定
光合速率 ( Pn)及光量子通量密度 ( PFD)由便攜式光合氣體分析系統(tǒng) (英國 ADC公司制造 )獲得。 圖中所列數(shù)據(jù)為 8～ 10片葉的平均值。
1. 5 抑制劑的引入
將選好葉片的葉柄于水下再剪一段 ,迅速轉(zhuǎn)移至 30 mmo l /L的二硫蘇糖醇 ( DT T)或 3 mmo l /L的林可霉素 ( LM)溶液中 ,分別在弱光 (約 30μmol· m - 2· s - 1 )條件下放置 10 或 3 h。 對照葉片浸于蒸餾水中。
2 結(jié) 果
2. 1 銀杏葉片光合速率及葉綠素熒光參數(shù)日變化
從圖 1可以看出 ,銀杏葉片光合速率 ( Pn)日變化曲線為雙峰型。 Pn第一次高峰出現(xiàn)在上午 10: 00左右。此時光強 ( PFD)約為 1200μmo l· m - 2 · s - 1 。下午 14: 00前后 , Pn達最低值 (光強約 1600μmo l· m - 2· s - 1 )。此后 Pn略有回升 ,至 16: 00達第二次高峰 ,然后隨著光強的減弱而降低。
光系統(tǒng)Ⅱ 光化學效率 ( Fv /Fm)則隨光照的增強而降低。低谷出現(xiàn)在 14: 00左右 ,與早晨 ( 6: 00)相比 ,下降 21. 8%。至下午 18: 00恢復 90%以上。最大熒光 Fm也表現(xiàn)相似的變化趨勢。與此相反 , Fo先升高 ,后降低 ,但變化幅度不大 (圖 2)。 Fv /Fm的下降主要由 Fm 降低引起。
2. 2 葉黃素循環(huán)各組分含量日變化
圖 3表示葉黃素循環(huán)三組分紫黃質(zhì) ( V)、環(huán)氧玉米黃質(zhì) ( A)和玉米黃質(zhì) ( Z)含量日變化。上午隨著 PFD升高 ,光抑制加重 (圖 2)。紫黃質(zhì) ( V )的脫環(huán)化作用也隨之加強 , Z的含量增高。下午 Fv /Fm降至最低時 , Z的含量也達最高值。 其后隨著光強減弱 , Z的含量下降。以上結(jié)果表明 ,與葉黃素循環(huán)有關(guān)的非輻射能量耗散的增加可能是光系統(tǒng)Ⅱ光化學效率下降的原因之一
2. 3 葉黃素循環(huán)抑制劑 D TT對銀杏葉片光抑制的影響
二硫蘇糖醇 ( DT T)引入葉片后 ,與對照葉片同時放在強光 ( 1600 μmol· m - 2· s - 1 ) 下處理 2 h ,再測定葉片的熒光參數(shù)及恢復過程 ,結(jié)果如圖 4。與對照相比 , DTT處理的葉片 Fv /Fm下降幅度增加了 29% 。 表明抑制玉米黃質(zhì)的形成后光抑制程度加重。 并且 DTT 處理的葉片 ,黑暗及弱光下恢復 ( 50 μmo l· m - 2· s - 1 )程度不同。 銀杏葉片在暗處的不完全恢復 (恢復約 67% )表明抑制葉黃素循環(huán)后 ,可能引起 D1蛋白凈降解。
2. 4 D1蛋白合成抑制劑 LM 對葉片光抑制及其恢復的影響
圖 4 DTT處理對銀杏葉片光抑制程度及恢復的影響 Fig . 4 Pho toinhibitio n a nd its r eco ve ries under DTT trea tment 為進一步探討強光對銀杏葉片 D1蛋白的影響 ,我們觀察了 D1蛋白合成抑制劑林可霉素 ( LM )對葉片光抑制及其恢復過程的影響。 發(fā)現(xiàn)飼喂 LM 的葉片遭受 2 h 強光 ( 1600 μmo l· m - 2· s - 1 )照射后 , Fv /Fm的下降程度比對照增加了 39. 7% ,而且暗中放置 16 h 后 ,只恢復了 25% (圖 5)。 表明此時強光造成了 D1蛋白的破壞。 但在恢復階段引入 LM 暗恢復及弱恢復均可達 95%以上。 說明 2 h強光處理后并未發(fā)生 D1蛋白的凈損失。
3 討 論
自 50年代 Hag er發(fā)現(xiàn)強光照射的綠色植物葉片存在葉黃素含量的變化以來 ,葉黃素循環(huán)對光合器官的保護作用已得到多數(shù)研究者的認同 ,不僅紫黃質(zhì)的脫環(huán)氧化能耗散過剩激發(fā)能 ,清除活性氧 ( Demmig-Adamas 1990, 1992) , Z本身也參與葉綠體色素復合物的能量耗散。 Z的含量與非光化學猝滅呈線性相關(guān) ( Lo ng a nd Humphries)即是一有力證據(jù)。本實驗觀察到銀杏葉片光合日進程中玉米黃質(zhì)含量與 Fv /Fm下降幅度密切相關(guān) (圖 3) , 飼喂 DT T后 Fv /Fm下降程度增大 (圖 4) ,光抑制加重 ,并導致 D1蛋白的損失 ,表明依賴葉黃素循環(huán)的非輻射能量耗散的增加是銀杏葉片產(chǎn)生光抑制的原因之一。
D1蛋白周轉(zhuǎn)一直是光抑制機理研究中心較活躍的領(lǐng)域 ,但因材料、方法及環(huán)境條件的不同 ,至今人們?nèi)晕催_成共識。 我們通過比較強光處理前后引入 D1蛋白合成抑制 ( LM )光抑制恢復過程的差異 ,發(fā)現(xiàn)強光處理前引入 LM能造成 D1蛋白損失 (暗恢復不完全 ) ,而強光處理后引入 LM,暗恢復及弱光恢復無明顯差異 (圖 5) ,表明單純的強光脅迫未引起 D1蛋白的凈損失。 由此可知 ,強光脅迫下存在 D1蛋白的周轉(zhuǎn) ,但自然條件下 D1蛋白的鈍化、復活達到動態(tài)平衡并不表明 D1蛋白的凈降解。 根據(jù)以上分析 ,我們推測自然條件下銀杏葉片葉黃素循環(huán)引起的非輻射能量耗散和 D1蛋白的可逆失活是導致光系統(tǒng)Ⅱ光化學效率下降的兩個主要因素。——論文作者：張 寧 ,孟慶偉 ,趙世杰 ,許長城 ,鄒 琦
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