干旱脅迫下線粒體交替氧化酶途徑在平邑甜茶光破壞防御中的作用.pdf

1、高等植物線粒體具有兩條呼吸電子傳遞鏈，即細胞色素呼吸途徑和交替呼吸途徑。交替途徑是指一條從呼吸鏈泛醌處分支，以交替氧化酶（AOX）為末端氧化酶的非磷酸化電子傳遞鏈。由于它不受跨膜質(zhì)子梯度及 ATP/ADP比例的限制，可以繞過氧化磷酸化過程，直接快速消耗 NAD（P）H，因此它可以消耗電子傳遞鏈上過多的電子，防止呼吸鏈的過氧化。近年來的研究表明，AOX途徑能夠減少活性氧的產(chǎn)生，在植物抗逆過程中發(fā)揮重要作用。強光是植物經(jīng)常面臨的逆境脅迫，在

2、自然條件下，過剩光能會造成植物光合電子傳遞鏈的過度還原以及活性氧的產(chǎn)生，導致光抑制甚至光破壞的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，AOX途徑在擬南芥等植物中具有光破壞防御作用，AOX途徑在植物抗逆及光破壞防御方面成為人們的研究熱點。
　　迄今為止，人們對AOX途徑的光破壞防御作用的研究僅僅局限于正常水分條件下的植株，而對于干旱脅迫下植物AOX途徑是否也同樣具有光破壞防御作用是個尚未解決的問題。干旱脅迫是自然界植物經(jīng)常面臨的逆境脅迫，干旱引起葉片氣孔關

3、閉，限制了光合作用原料CO2的供應，以致葉片發(fā)生更嚴重的光抑制。同時干旱脅迫還可能抑制和呼吸代謝相關的酶的表達和活性。在這種情況下，AOX途徑活性是否會受到干旱脅迫的影響，失去光破壞的防御能力？或者說AOX途徑的光破壞防御能力是否受干旱脅迫的影響，這是一個亟需闡明的科學問題。闡明干旱對AOX活性的影響作用以及AOX途徑在干旱脅迫下的光破壞防御機制具有重要的理論意義。
　　此外，前人研究AOX途徑的抗逆作用都是用擬南芥、小麥、煙草等

4、草本植物為材料，而對木本植物AOX途徑的光破壞防御作用迄今尚無人探討。本文用平邑甜茶作為材料，探討 AOX途徑在木本植物中光破壞防御的作用，并研究干旱對 AOX途徑的影響，同時對AOX途徑在干旱脅迫下對光合機構(gòu)光破壞防御的作用進行了細致的探討。具體的結(jié)果如下：
　?。?）干旱脅迫下平邑甜茶葉片總呼吸速率和AOX途徑的呼吸速率顯著升高，COX呼吸速率輕微增加。Western-Blot結(jié)果顯示，與正常供水相比，干旱脅迫下平邑甜茶葉片A

5、OX的蛋白表達量明顯增加。
　　（2）正常水分條件下，SHAM處理抑制AOX途徑后，平邑甜茶葉片F(xiàn)v/Fm、PSII反應中心關閉的比例（1-qP）和光合線性電子傳遞速率（ETR），幾乎不受影響。而干旱脅迫下，SHAM處理抑制AOX途徑后，平邑甜茶葉片的Fv/Fm和ETR顯著下降，1-qP和VJ顯著上升，這表明干旱脅迫下抑制AOX途徑后，平邑甜茶光合電子傳遞鏈受到明顯的抑制，葉片發(fā)生更嚴重的光抑制。為了進一步探討AOX途徑受抑后的傷

6、害位點，分別測定了正常供水和干旱脅迫下的快速葉綠素熒光誘導動力學曲線（OJIP）曲線，并對其進行了O點到P點標準化，結(jié)果表明AOX受抑和干旱脅迫后，曲線在J點處形成一個峰值，說明干旱脅迫和AOX途徑受抑后，葉片光合電子傳遞鏈中電子從QA到QB傳遞受阻。
　　（3）正常供水條件下，AOX呼吸途徑被抑制后并沒有顯著增加平邑甜茶葉片 H2O2的積累。與正常供水相比，干旱脅迫下AOX呼吸途徑受抑后，葉片的H2O2含量顯著增加。說明干旱脅迫

7、下，AOX途徑受抑后可促進葉片H2O2含量的積累。
　　（4）離體平邑甜茶葉片在水分脅迫下，葉片的AOX活性顯著增加，SHAM處理抑制AOX途徑后，葉片發(fā)生嚴重的光抑制；失水脅迫下，PSII原初光化學反應的量子產(chǎn)額（TRo/ABS）、PSII捕獲的電子從QA傳遞到QB的概率（ETo/TRo）下降，PSII單位反應中心吸收的光能（ABS/RC）上升，而PSI的最大氧化還原活性（ΔI/Io）未受影響；SHAM抑制AOX途徑后，TRo/

8、ABS和ETo/TRo進一步下降，ABS/RC進一步上升，同時引起了ΔI/Io的下降，說明水分脅迫下，平邑甜茶葉片PSII發(fā)生光抑制，而SHAM處理在加重PSII光抑制的同時，引起了PSI的光抑制。即失水過程中，AOX呼吸上調(diào)是平邑甜茶葉片的重要光破壞防御機制，特別是對PSI具有重要的保護作用。
　　（5）通過活體干旱和離體脫水模擬干旱實驗，排除根部產(chǎn)生的信號物質(zhì)（如ABA等）對葉片光合機構(gòu)的影響，我們發(fā)現(xiàn)了單純的干旱脅迫下，AO