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，檢測指標包括GB含量、光合速率、類囊體膜脂肪酸相對含量、低溫誘導的多肽含量、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，低溫導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(或蛋白復合體)含量和活性的影響低溫處理誘導類囊體膜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，放氧復合體受到傷害；根施GB可增加誘導多肽的含量，能維持相對較高的上述功能蛋白(或蛋白復合體)的活性。為研究GB的保護VDE酶的機制

4、，對離體的VDE酶進行不同溫度處理，發(fā)現(xiàn)溫度脅追下GB保護該酶的活性，正常溫度下沒有作用。GB對VDE酶的保護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)的變化對于時黃素循環(huán)介導的光保護機制起主要作用。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的最大光化學效率和實際光化學效率下降，時綠素a快速熒光動力學曲線發(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效率和實際光化學效率，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，嚴重影響了激發(fā)能在兩光系統(tǒng)的分配，導致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和更嚴重的光抑制，根施GB不能消除DTT引起的NPQ大幅下降和嚴重的光抑制的發(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構(gòu)能量流動的影響。低溫導致了單位反應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電子傳遞和光化學效率的結(jié)果一致。 (4)對葉片中抗氧化酶活性的影響試驗結(jié)果表明，低溫導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