SA對高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉綠體D1蛋白及PSⅡ功能的影響.pdf

1、小麥?zhǔn)俏覈诙蠹Z食作物，其產(chǎn)量的豐欠直接影響人民生活水平和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，在決定小麥產(chǎn)量形成的灌漿期，常常遭遇高溫和強(qiáng)光雙重脅迫，導(dǎo)致光合機(jī)構(gòu)破壞。葉片功能早衰，有機(jī)營養(yǎng)匱乏，籽粒發(fā)育受阻，造成嚴(yán)重的產(chǎn)量下降。本文研究了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉綠體D1蛋白及光合運轉(zhuǎn)的變化及SA的調(diào)節(jié)作用，旨在為了解外源SA對光合機(jī)構(gòu)的保護(hù)機(jī)理以及生產(chǎn)中采取抗逆應(yīng)變措施提供實驗依據(jù)。 試驗于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行，設(shè)置盆栽為主，沙培和大田栽培

2、為輔3組試驗，以豫農(nóng)949為材料，土壤為潮土。盆栽試驗于灌漿期（開花后20天）、沙培實驗于四葉期分別用0．5mmol·L-1SA溶液預(yù)處理小麥葉片，以水預(yù)處理為對照，然后將預(yù)處理植株進(jìn)行高溫強(qiáng)光（35℃，1600μmol·m-2·s-1）處理，進(jìn)行光抑制處理。強(qiáng)光處理采用1000W鎢燈下照射4h，溫度控制在35℃左右，輻射強(qiáng)度為1600℃mol·m-2·s-1（旗葉部位）。24小時后取旗葉進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。大田試驗于灌漿期（開花后2

3、0天）用0．5mmol·L-1SA溶液預(yù)處理小麥葉片，以水預(yù)處理為對照，進(jìn)行室內(nèi)單株考種分析。主要結(jié)果如下： 1．SA提高了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉片D1蛋白含量及磷酸化水平 高溫強(qiáng)光脅迫導(dǎo)致了D1蛋白的降解，葉面噴施SA可有效抑制高溫強(qiáng)光所致的D1蛋白降解，減輕了逆境條件下小麥的光抑制。暗恢復(fù)后使D1蛋白含量迅速恢復(fù)到CK水平，維持高效率的D1蛋白周轉(zhuǎn)，有效保護(hù)了PSⅡ反應(yīng)中心免遭破壞，維護(hù)了植物光合機(jī)構(gòu)有效運轉(zhuǎn)。

4、 磷酸化D1蛋白表現(xiàn)出與非磷酸化D1蛋白相同的變化趨勢，葉面噴施SA穩(wěn)定并提高了高溫強(qiáng)光逆境下小麥葉片D1蛋白磷酸化的水平，在高溫強(qiáng)光2、4h時，SA預(yù)處理的植株D1蛋白磷酸化水平均比水預(yù)處理高；在暗恢復(fù)時，已達(dá)到并超過SA0水平，有利于D1蛋白的高效修復(fù)和周轉(zhuǎn)。 2．SA提高了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉片對活性氧的清除能力 APX、SOD活性變化趨勢相似。雖然葉面噴施SA沒有改變SOD和APX活性先增加后下降的趨勢，但噴施

5、SA處理SOD和APX活性始終高于葉面噴清水處理，甚至接近于CK水平。同時，SA對于H2O2含量的增加也起到了較好的抑制作用。所以葉面噴施SA使高溫強(qiáng)光脅迫下的小麥葉片維持了相對較高的活性氧清除能力，減少了高溫強(qiáng)光脅迫條件下自由基的積累，緩解了其對生物膜系統(tǒng)的傷害，使膜脂過氧化程度降低，因而原生質(zhì)膜的通透性交小，內(nèi)容物及離子滲漏減少。維護(hù)葉綠體內(nèi)正常的電子傳遞，保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免受損傷。 3．SA提高了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉片光合作用

6、的潛能和效率 高溫強(qiáng)光逆境下，PSⅡ電子傳遞活性急劇下降，PSⅡ上的放氧復(fù)合體（OEC23KD、33KD、17KD）和外周蛋白（CP43）以及PSⅠ的捕光色素蛋白復(fù)合體（LHC）和作用中心等均產(chǎn)生不同程度降解，導(dǎo)致整個電子傳遞鏈傳能轉(zhuǎn)能效率降低。葉面噴施SA有效降低了光合膜上電子傳遞受阻的程度，促進(jìn)了光合膜及PSⅡ反應(yīng)中心的自我保護(hù)，使其通過降低一定的電子傳遞速率來減少高溫強(qiáng)光逆境的傷害，暗恢復(fù)后SA處理亦對光合膜電子傳遞起到有

7、效地修復(fù)作用。小麥葉片的凈光合速率隨脅迫時間延長呈明顯下降趨勢，而葉面噴施SA也在一定程度上緩解了這種下降趨勢，且暗恢復(fù)時后效作用明顯。SA處理小麥葉片在高溫強(qiáng)光脅迫下維持了較高的通過PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、實際光化學(xué)效率（ФPSⅡ）和光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）。葉面噴施SA對光合機(jī)構(gòu)起到了一定的保護(hù)作用，進(jìn)而提高了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉片光合作用的潛能和效率，使光合機(jī)構(gòu)受損程度降低，維持了PSⅡ反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及較高的周轉(zhuǎn)速率

8、。 4．SA提高了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉片中親水性物質(zhì)的含量 葉面噴施SA增加了高溫強(qiáng)光脅迫下小麥葉片中脯氨酸和可溶性糖的積累，起到了很好的滲透調(diào)節(jié)作用，有效保障了其他生理活動的正常進(jìn)行。脅迫初期葉面噴施SA對蛋白質(zhì)的合成起促進(jìn)作用，隨脅迫程度的加深，又對其降解起到了抑制作用。說明在高溫強(qiáng)光脅迫下，SA通過促進(jìn)新蛋白質(zhì)的合成或者抑制蛋白質(zhì)分解使其保持一定的含量水平，使細(xì)胞的親水性增強(qiáng)，間接地增強(qiáng)了小麥葉片抵抗高溫強(qiáng)光脅迫的

9、能力。 上述研究結(jié)果表明，小麥葉面噴施低濃度SA（0．5mmol·L-1），可有效抑制高溫強(qiáng)光所致的D1蛋白降解，保持了較高的D1蛋白磷酸化水平，進(jìn)而保證了較高的葉綠體光化學(xué)活性，使葉綠體全鏈電子傳遞速率、通過PSⅡ的電子傳遞速率及凈光合速率均有所增加；且暗恢復(fù)后，D1蛋白含量及磷酸化水平迅速提升，PSⅡ電子傳遞速率、PSⅡ原初光化學(xué)效率幾乎達(dá)到暗適應(yīng)水平，維持了PSⅡ反應(yīng)中心結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，對光合機(jī)構(gòu)修復(fù)的后效作用明顯。從而獲得更