外源根施甜菜堿對煙草葉片類囊體膜組分及功能的改善作用.pdf

1、以生產(chǎn)上種植的煙草(Nicotiana tabacum L.)品種大黃金5210為材料，采用基質(zhì)育苗方式，于苗期(七葉期)根施2.0 mM甘氨酸甜菜堿(Glycinebetaine，GB)，研究外源GB對低溫脅迫條件下煙草葉片類囊體膜組分和功能的影響，檢測指標(biāo)包括GB含量、光合速率、類囊體膜脂肪酸相對含量、低溫誘導(dǎo)的多肽含量、ATP合成酶活性、紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化酶(VDE)活性、葉綠體色素含量與比例、PSII光化學(xué)活性、依賴于葉黃素循環(huán)的非

2、輻射能量耗散和抗氧化酶活性等。主要結(jié)果如下： 1.外源甜菜堿對低溫脅迫下煙草葉片類囊體膜組分的改善(1)維持類囊體膜脂不飽和脂肪酸的相對含量低溫脅迫導(dǎo)致葉片類囊體膜中單半乳糖甘油二酯(MGDG)、雙半乳糖甘油二酯(DGDG)、硫代異鼠李糖甘油二酯(SQDG)、磷脂酰膽堿(PG)中亞麻酸(18:3)相對含量顯著下降；根施GB能穩(wěn)定低溫脅迫下類囊體膜脂不飽和脂肪酸相對含量。同時(shí)，低溫導(dǎo)致類囊體各類脂不飽和度下降，根施GB能夠相對提高

3、各類脂的不飽和指數(shù)。說明GB具有穩(wěn)定煙草葉片類囊體膜類脂組分的作用，這有利于維持脅迫條件下類囊體膜的流動性，改善其功能。 (2)對類囊體膜蛋白(或蛋白復(fù)合體)含量和活性的影響低溫處理誘導(dǎo)類囊體膜33-66 kDa多肽含量的增加，膜上Ca2+-ATP酶與Mg2+-ATP酶活性下降，VDE活性受到抑制，放氧復(fù)合體受到傷害；根施GB可增加誘導(dǎo)多肽的含量，能維持相對較高的上述功能蛋白(或蛋白復(fù)合體)的活性。為研究GB的保護(hù)VDE酶的機(jī)制

4、，對離體的VDE酶進(jìn)行不同溫度處理，發(fā)現(xiàn)溫度脅追下GB保護(hù)該酶的活性，正常溫度下沒有作用。GB對VDE酶的保護(hù)對于提高逆境條件下依賴于葉黃素循環(huán)的非輻射能量耗散，緩解葉片光抑制和提高光保護(hù)有重要的意義。 (3)對葉綠體色素含量和比例的影響葉綠素含量在脅迫期間下降，類胡蘿卜素含量上升；葉綠素a與葉綠素b，葉綠素與類胡蘿卜素之間的比例發(fā)生了變化；葉黃素循環(huán)中(A+Z)/(V+A+Z)的變化對于時(shí)黃素循環(huán)介導(dǎo)的光保護(hù)機(jī)制起主要作用。低溫脅迫下

5、，根施GB能夠緩解葉綠素含量的下降，改善葉綠素a與葉綠素b，葉綠素與類嘏蘿卜素之間的比例，提高(A+Z)/(V+A+Z)比值，有于提高葉片的光保護(hù)能力。 2.外源甜菜堿對低溫脅迫下煙草葉片類囊體膜功能的保護(hù)作用(1)對PSII電子傳遞的影響低溫脅迫造成PSII的最大光化學(xué)效率和實(shí)際光化學(xué)效率下降，時(shí)綠素a快速熒光動力學(xué)曲線發(fā)生變化，O-J相之間出現(xiàn)K相，不但電子傳遞的供體側(cè)受到傷害，而且受體側(cè)的電子傳遞也受到影響。根施GB在脅追

6、條件下能維持相對較高的最大光化學(xué)效率和實(shí)際光化學(xué)效率，減少低溫對PSII電子傳遞供體側(cè)和受體側(cè)的影響，能夠有效緩解光抑制的程度。 (2)對激發(fā)能分配的影響低溫脅迫使得激發(fā)能淘PSI的分配減少而向PSII的分配增加，嚴(yán)重影響了激發(fā)能在兩光系統(tǒng)的分配，導(dǎo)致PSII激發(fā)能壓力上升，增加了PSII發(fā)生光抑制甚至光破壞的幾率。外源GB處理使得激發(fā)能向兩光系統(tǒng)間的分配相對平衡，減輕了PSII激發(fā)能壓力。 (3)對依賴于葉黃素循環(huán)的非

7、輻射能量耗散的影嘀在低溫脅迫下，NPQ的變化與最大光化學(xué)效率、葉黃素循環(huán)中各組分比例均出現(xiàn)顯著的下降。根施GB能夠緩解NPQ下降的程度。為了證實(shí)在本研究中NPQ是否是主要的能量耗散途徑，在葉片中引入DTT抑制VDE酶活性從而抑制葉黃素循環(huán)過程。加入DTT后出現(xiàn)更低的NPQ和更嚴(yán)重的光抑制，根施GB不能消除DTT引起的NPQ大幅下降和嚴(yán)重的光抑制的發(fā)生。結(jié)果表明，低溫脅迫下依賴于葉黃素循環(huán)的非輻射能量耗散可能是過剩激發(fā)能耗散的主要途徑。根

8、據(jù)生物膜能量流動模型分析了根施GB對類囊體膜中光合機(jī)構(gòu)能量流動的影響。低溫導(dǎo)致了單位反應(yīng)中心能量吸收和捕獲的增加，但用于電子傳遞的能量減少，大部分的能量被耗散；外源GB使得單位反應(yīng)中心用于電子傳遞的能量增加。這與外源GB在低溫脅迫下提高PSII電子傳遞和光化學(xué)效率的結(jié)果一致。 (4)對葉片中抗氧化酶活性的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，低溫導(dǎo)致四種抗氧化酶活性下降，而GB能顯著的提高SOD、CAT和APX活性。特別是一些結(jié)合在類囊體膜上的抗氧