荒漠植物紅砂在干旱脅迫下的光呼吸作用和抗氧化代謝研究.pdf

1、在干旱脅迫下光呼吸是否具有光保護(hù)功能一直存在爭(zhēng)議，一方面認(rèn)為光呼吸保護(hù)了光合機(jī)構(gòu)免遭光破壞，而另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為其在光保護(hù)中并沒(méi)有顯著的作用。本文以荒漠半荒漠地區(qū)優(yōu)勢(shì)種、超旱生復(fù)蘇植物紅砂為研究對(duì)象，采用氣體交換及熒光分析相結(jié)合的技術(shù)以及光呼吸抑制劑異煙肼(INH)研究了在不同水平的干旱脅迫下光呼吸的光保護(hù)作用及其對(duì)代謝物質(zhì)的調(diào)控作用。干旱脅迫下，植物中的POD-CAT-SODs抗氧化系統(tǒng)能否起到防御氧化脅迫的作用也存在爭(zhēng)議，因此，本文進(jìn)

2、一步觀察了在持續(xù)的干旱脅迫下該抗氧化系統(tǒng)的角色。主要研究結(jié)果如下： 1.對(duì)兩年生紅砂氣體交換和光系統(tǒng)2(PS2)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)日變化的測(cè)定，結(jié)果表明干旱脅迫導(dǎo)致了紅砂凈光合速率(PN)的下降，PS2的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和實(shí)際光化學(xué)效率(ΔF/Fm’)隨著干旱脅迫程度的增加而降低，表現(xiàn)出午間光抑制現(xiàn)象。氣體交換及熒光分析相結(jié)合所估算的光呼吸速率(PR)隨著干旱脅迫的增加而增加，表明干旱脅迫引起了光呼吸速率的增強(qiáng)。

3、 2.外源INH對(duì)氣體交換、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和H2O2含量的影響研究，結(jié)果表明INH明顯降低了光呼吸。同時(shí)結(jié)果顯示，在中度干旱脅迫下，噴有INH紅砂植株的Fv/Fm顯著低于沒(méi)有噴INH的植株的Fv/Fm;然而在重度干旱脅迫下，兩種處理植株的Fv/Fm沒(méi)有顯著差異。這表明了，在中度干旱脅迫下，光呼吸維持了較低的光抑制，起到了保護(hù)光合機(jī)構(gòu)的作用；但是在重度干旱脅迫下，光呼吸并沒(méi)有顯著的光保護(hù)作用。另外，在中度干旱脅迫下，噴有INH的紅砂植株

4、的PN，JT，Jc和Jo都低于沒(méi)有噴INH的植株。這些結(jié)果也說(shuō)明了光呼吸是一個(gè)消耗過(guò)剩能量的關(guān)鍵途徑。在干旱脅迫下，噴有INH的紅砂植株H2O2含量低于沒(méi)有噴INH植株的H2O2含量，尤其是在重度干旱脅迫下。這表明了過(guò)高的光呼吸促進(jìn)了H2O2的累積。 3.外源INH對(duì)代謝物質(zhì)影響研究的結(jié)果顯示：在中度干旱脅迫下，噴有INH的紅砂植株的葉綠素和可溶性蛋白含量都低于沒(méi)有噴INH植株的值，而在重度干旱脅迫下，結(jié)果剛好相反；在所有干旱脅

5、迫水平上，噴有INH的紅砂植株的硝酸還原酶活性、游離氨基酸和脯氨酸含量部低于沒(méi)有噴INH植株的值。這些結(jié)果表明，紅砂光呼吸在中度干旱脅迫下緩解了葉綠素的降解并促進(jìn)了蛋白的積累；同時(shí)光呼吸與氮代謝密切相關(guān)，光呼吸越高，硝酸還原越活躍。 4.在持續(xù)100天的干旱脅迫和不同的復(fù)水階段(分別在干旱后16天，72天和100天復(fù)水)抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)研究結(jié)果顯示：H2O2的濃度、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SODs)活性隨著干旱脅迫

6、的增加而顯著升高，同時(shí)SODs同工酶分析顯示僅有Fe SODs且隨著干旱脅迫的增加條帶增加；過(guò)氧化氫酶(CAT)和過(guò)氧化物酶(POD)活性在干旱脅迫早期顯著增加而隨著干旱脅迫的進(jìn)一步增強(qiáng)兩者活性顯著下降，而且在復(fù)水處理中POD不能恢復(fù)；抗壞血酸含量、還原型谷胱甘肽含量、抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX)活性和谷胱甘肽還原酶(GR)活性在干旱脅迫的早期有所降低而在干旱脅迫進(jìn)一步增加時(shí)顯著增加且在復(fù)水處理后都恢復(fù)。這些結(jié)果表明：1)在整個(gè)干旱脅迫

7、過(guò)程中，F(xiàn)eSODs清除超氧陰離子自由基機(jī)制是非常有效的；2)在干旱脅迫早期CAT是主要的清除H2O2機(jī)制，而在進(jìn)一步增加的干旱脅迫下AsA-GSH循環(huán)是主要的清除H2O2機(jī)制；3)在干旱脅迫下，POD的主要作用不是保護(hù)植物組織免遭H2O2引起的氧化破壞而可能主要參與了細(xì)胞壁成分的生物合成和木質(zhì)化。 總之，在不同的干旱脅迫水平下光呼吸承擔(dān)著不同的角色：中度干旱脅迫下，光呼吸通過(guò)消耗過(guò)剩電子而起到光保護(hù)的功能；而在重度干旱脅迫下，