海水脅迫下菠菜葉片葉黃素循環(huán)調(diào)控葉綠素代謝的機(jī)理研究.pdf

1、我國(guó)海水資源豐富，海水栽培作為有效利用海水資源的重要方式可以為人們提供豐富的生產(chǎn)資料和食用來(lái)源。而海水栽培條件下容易形成鹽害，引發(fā)海水脅迫，加劇植株光抑制程度，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，因此研究作物在海水脅迫下的生理和分子生物學(xué)機(jī)制，具有明顯的理論和實(shí)踐價(jià)值，并且為陸地鹽堿地的開發(fā)和利用提供了某些通用技術(shù)。本文先以2個(gè)耐性性不同的菠菜（SpinaciaoleraceaL.）品種為試材，采用水培方法，研究了海水脅迫對(duì)不同品種葉綠素代謝的影響;然后

2、主要以耐海水品種‘荷蘭3號(hào)’為試材，研究海水脅迫下菠菜葉片葉黃素循環(huán)調(diào)控葉綠素代謝的機(jī)理。主要結(jié)果如下:
　　海水脅迫下，耐海水品種‘荷蘭3號(hào)’和海水敏感品種‘圓葉菠菜’葉片的葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和總?cè)~綠素含量以及葉綠素合成前體——原葉綠素酸(Pchl)、鎂原卟啉Ⅸ(Mg-protoⅨ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)含量明顯降低，而膽色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)積累，其中‘圓

3、葉菠菜’的變化幅度大于‘荷蘭3號(hào)，。海水脅迫下，‘荷蘭3號(hào)’葉片的葉綠素酶(Chlase)活性無(wú)顯著變化，酶膽色素脫氨酶(PBGD)和尿卟啉原Ⅲ合酶(UROS)活性在脅迫第3天顯著下降;而‘圓葉菠菜’Chlase活性顯著上升，PBGD和UROS活性顯著下降。這些結(jié)果表明，在海水脅迫下，菠菜葉片的葉綠素合成代謝受阻，受阻位點(diǎn)在于PBG→UroⅢ的轉(zhuǎn)化過(guò)程，其中‘圓葉菠菜’的受阻程度大于‘荷蘭3號(hào)’;耐海水品種‘荷蘭3號(hào)’葉片葉綠素含量降低

4、主要由葉綠素合成代謝受阻引起，而海水敏感品種‘圓葉菠菜’葉綠素含量的降低則是由葉綠素合成受阻和葉綠素降解共同作用的結(jié)果。
　　海水脅迫與甲基紫精(MV)處理一樣，誘導(dǎo)菠菜葉片產(chǎn)生氧化脅迫，使超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生速率、過(guò)氧化氫(H2O2)含量和丙二醛(MDA)含量顯著上升，葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)、總?cè)~綠素(Chla+b)和類胡蘿卜素(Car)含量顯著下降，最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、實(shí)際光量子產(chǎn)量(Yie

5、ld)、電子傳遞速率(ETR)和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)顯著降低，而非光化學(xué)猝滅系數(shù)(NPQ/4)顯著上升;海水脅迫與MV處理下，由葉柄導(dǎo)入葉黃素循環(huán)活性抑制劑二硫蘇糖醇（DTT），菠菜葉片活性氧(ROS)大量積累，導(dǎo)致光合色素降解加劇，F(xiàn)v/Fm、Yield、ETR、NPQ、qP進(jìn)一步下降。上述結(jié)果表明，海水脅迫下，抑制菠菜葉片葉黃素循環(huán)活性，降低了葉片非輻射能量耗散能力，加重了葉片ROS積累，從而導(dǎo)致光合色素含量降低，PSⅡ活性下降，

6、電子傳遞速率降低，用于光化學(xué)反應(yīng)的能量部分減少，光合作用受到嚴(yán)重影響，說(shuō)明海水脅迫下葉黃素循環(huán)在保持菠菜葉片光合色素穩(wěn)定和光合作用正常運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)揮重要作用。
　　處理第3天，與海水脅迫處理相比，導(dǎo)入DTT后，菠菜葉片葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)和總?cè)~綠素含量以及葉綠素合成前體——原葉綠素酸(Pchl)、鎂原卟啉Ⅸ(Mg-protoⅨ)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)含量顯著下降，膽色素原(PBG)和δ

7、-氨基酮戊酸(ALA)含量顯著累計(jì)，膽色素脫氨酶(PBGD)活性顯著降低，葉綠素酶(Chlase)活性顯著提高;超氧陰離子(O2·-)產(chǎn)生速率、過(guò)氧化氫(H2O2)含量和丙二醛(MDA)含量顯著上升，ROS進(jìn)一步累計(jì)。上述結(jié)果表明，海水脅迫下，抑制菠菜葉片葉黃素循環(huán)活性，降低了葉片非輻射能量耗散能力，加重了葉綠體ROS積累，從而加劇了葉綠素合成障礙，促進(jìn)了葉綠素進(jìn)一步降解，最終降低了菠菜葉片葉綠素含量。說(shuō)明海水脅迫下葉黃素循環(huán)在維持菠菜

8、葉片葉綠素代謝正常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)揮重要作用。
　　以菠菜葉片為材料，克隆了菠菜葉綠素合成相關(guān)酶PBGD基因片段，并且采用半定量RT-PCR技術(shù)進(jìn)行了不同處理下PBGD基因表達(dá)分析。結(jié)果表明:該基因片段長(zhǎng)度為389bp，編碼129個(gè)氨基酸，推導(dǎo)的氨基酸與莧菜同源性最高，為90％。半定量RT-PCR分析表明，海水脅迫顯著抑制PBGD表達(dá)，導(dǎo)入DTT后，PBGD表達(dá)進(jìn)一步下降。說(shuō)明海水脅迫下，抑制菠菜葉片葉黃素循環(huán)活性，通過(guò)下調(diào)菠菜葉片葉綠素關(guān)