四季秋海棠(Begonia semperflorens)葉片中花色素苷的光保護(hù)作用和低溫誘導(dǎo)機(jī)理.pdf

1、隨著園林城市理念的深入,傳統(tǒng)的綠色園林植物已經(jīng)不能滿足人們的需要,各種彩葉植物作為城市綠化的新寵得到了越來越多的關(guān)注。作為呈色的物質(zhì)基礎(chǔ)的花色素苷還具有特有的生態(tài)和生物學(xué)功能;用各種措施誘導(dǎo)調(diào)控色素的發(fā)生和積累不僅能夠?yàn)榕渲煤蛻?yīng)用彩葉植物提供豐富的選擇,還能夠彌補(bǔ)育種彩葉植物周期長、材料和技術(shù)限制的不足,從而充實(shí)城市(城鎮(zhèn))用以造景綠化彩葉植物品類。因此,本文用四季秋海棠(Begonia semprerflorens)紅銅葉系列的'雞尾

2、酒'('Cocktail')和綠葉系列的‘超級奧林匹克’('Super Olympia')為材料,對花色素苷的光保護(hù)功能和機(jī)理、低溫調(diào)控的機(jī)理進(jìn)行了分析,所取得的主要研究結(jié)果如下:
　　 1.四季秋海棠的紅葉和綠葉2個(gè)品種在光譜吸收特征、葉片結(jié)構(gòu)、花色素苷含量、氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒獯銣绲葏?shù)上存在顯著差異,這些差異是花色素苷的存在所致。紅葉品種的葉片提取液含有大量的花色素苷,并在282及537nm處有強(qiáng)烈吸收,因此導(dǎo)致氣孔導(dǎo)

3、度減小,光合速率、Rubisco最大羧化效率(Vc,max)和RuBP最大再生速率(Jmax)減小,固碳能力降低;紅葉品種具有相對較低的光合活性,較高的熱耗散效率,這可能是花色素苷限制了葉綠體對綠光的吸收,導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)中心開放程度減少、激發(fā)能捕獲效率降低,從而降低光化學(xué)效率和光合作用;同時(shí)因?yàn)榛ㄉ剀諏梢姽饩G光的吸收,紅葉品種具有較高的光飽和點(diǎn),對高光強(qiáng)的耐性增強(qiáng)。
　　 2.花色素苷在光脅迫情況下能起到光保護(hù)的作用

4、。在高光脅迫及恢復(fù)期間,紅葉品種的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)顯著高于綠葉品種,而且高光脅迫還引起2個(gè)品種的花色素苷含量顯著增加;雖然2個(gè)品種的花色素苷含量差異顯著,但光捕獲能力即葉綠素含量和Chla/b沒有顯著差異。高光脅迫后,紅葉品種的葉黃素庫容量和過氧化氫酶(CAT)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性較低,而基于DPPH的自由基清除能力則顯著高于綠葉品種。同時(shí),DPPH活性在高光脅迫和恢復(fù)階段與花色

5、素苷的含量密切相關(guān),這意味著花色素苷主要對非酶的抗氧化能力貢獻(xiàn)較大。為了驗(yàn)證花色素苷的“光屏障”作用,分別用紅、綠、藍(lán)3種光照模擬光抑制脅迫之后測量了Fv/Fm值。綠光脅迫下綠葉品種的Fv/Fm下降較多,但在紅光和藍(lán)光下2個(gè)品種的Fv/Fm值相當(dāng)。因此,高光脅迫下花色素苷在四季秋海棠葉片中的光保護(hù)作用主要?dú)w功于其的“光屏障”作用而非抗氧化劑作用。
　　 3.秋季低溫誘導(dǎo)了四季秋海棠葉片花色素苷的發(fā)生,同時(shí)葉脈和莖韌皮部積累了胼胝

6、質(zhì),使葉片和頸部富含大量碳水化合物,因此推測是碳水化合物的積累直接誘導(dǎo)了花色素苷的發(fā)生。用環(huán)割莖部阻斷韌皮部下行運(yùn)輸和外源添加蔗糖的方法驗(yàn)證了這個(gè)理論,結(jié)果發(fā)現(xiàn),葉片的Vc,max和Jmax下降,葉片固碳能力下降,而碳水化合物在葉片和莖部顯著積累,使花色素苷合成的相關(guān)酶PAL、CHI、DFR和UFGT活性顯著增加,花色素苷含量在葉片和莖部不同程度增加。因此,秋季低溫誘導(dǎo)花色素苷合成的直接原因是碳水化合物的積累。
　　 4.秋季的

7、低溫能夠誘導(dǎo)四季秋海棠葉片積累花色素苷,這個(gè)過程被普遍認(rèn)為是低溫的作用。在本試驗(yàn)中,我們用低溫加光和不加光試驗(yàn)證明了光照也是必不可少的因素。低溫不加光的處理未能誘導(dǎo)葉片合成花色素苷,但仍然促進(jìn)PAL活性的上調(diào)。為了探索低溫不加光處理對花色素苷合成的位抑制點(diǎn)和次生代謝物的流向,我們分別研究了花色素苷合成相關(guān)酶活性以及木質(zhì)素、酚酸和類黃酮的含量。結(jié)果表明:低溫不加光處理較對照增加了CHI的活性,但對DFR和UFGT的活性沒有作用,而且植株體