荒漠植物紅砂在干旱脅迫下的光呼吸作用和抗氧化代謝研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在干旱脅迫下光呼吸是否具有光保護功能一直存在爭議,一方面認為光呼吸保護了光合機構免遭光破壞,而另一種觀點則認為其在光保護中并沒有顯著的作用。本文以荒漠半荒漠地區(qū)優(yōu)勢種、超旱生復蘇植物紅砂為研究對象,采用氣體交換及熒光分析相結合的技術以及光呼吸抑制劑異煙肼(INH)研究了在不同水平的干旱脅迫下光呼吸的光保護作用及其對代謝物質(zhì)的調(diào)控作用。干旱脅迫下,植物中的POD-CAT-SODs抗氧化系統(tǒng)能否起到防御氧化脅迫的作用也存在爭議,因此,本文進

2、一步觀察了在持續(xù)的干旱脅迫下該抗氧化系統(tǒng)的角色。主要研究結果如下: 1.對兩年生紅砂氣體交換和光系統(tǒng)2(PS2)的葉綠素熒光參數(shù)日變化的測定,結果表明干旱脅迫導致了紅砂凈光合速率(PN)的下降,PS2的最大光化學效率(Fv/Fm)和實際光化學效率(ΔF/Fm’)隨著干旱脅迫程度的增加而降低,表現(xiàn)出午間光抑制現(xiàn)象。氣體交換及熒光分析相結合所估算的光呼吸速率(PR)隨著干旱脅迫的增加而增加,表明干旱脅迫引起了光呼吸速率的增強。

3、 2.外源INH對氣體交換、葉綠素熒光參數(shù)和H2O2含量的影響研究,結果表明INH明顯降低了光呼吸。同時結果顯示,在中度干旱脅迫下,噴有INH紅砂植株的Fv/Fm顯著低于沒有噴INH的植株的Fv/Fm;然而在重度干旱脅迫下,兩種處理植株的Fv/Fm沒有顯著差異。這表明了,在中度干旱脅迫下,光呼吸維持了較低的光抑制,起到了保護光合機構的作用;但是在重度干旱脅迫下,光呼吸并沒有顯著的光保護作用。另外,在中度干旱脅迫下,噴有INH的紅砂植株

4、的PN,JT,Jc和Jo都低于沒有噴INH的植株。這些結果也說明了光呼吸是一個消耗過剩能量的關鍵途徑。在干旱脅迫下,噴有INH的紅砂植株H2O2含量低于沒有噴INH植株的H2O2含量,尤其是在重度干旱脅迫下。這表明了過高的光呼吸促進了H2O2的累積。 3.外源INH對代謝物質(zhì)影響研究的結果顯示:在中度干旱脅迫下,噴有INH的紅砂植株的葉綠素和可溶性蛋白含量都低于沒有噴INH植株的值,而在重度干旱脅迫下,結果剛好相反;在所有干旱脅

5、迫水平上,噴有INH的紅砂植株的硝酸還原酶活性、游離氨基酸和脯氨酸含量部低于沒有噴INH植株的值。這些結果表明,紅砂光呼吸在中度干旱脅迫下緩解了葉綠素的降解并促進了蛋白的積累;同時光呼吸與氮代謝密切相關,光呼吸越高,硝酸還原越活躍。 4.在持續(xù)100天的干旱脅迫和不同的復水階段(分別在干旱后16天,72天和100天復水)抗氧化系統(tǒng)的響應研究結果顯示:H2O2的濃度、丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SODs)活性隨著干旱脅迫

6、的增加而顯著升高,同時SODs同工酶分析顯示僅有Fe SODs且隨著干旱脅迫的增加條帶增加;過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)活性在干旱脅迫早期顯著增加而隨著干旱脅迫的進一步增強兩者活性顯著下降,而且在復水處理中POD不能恢復;抗壞血酸含量、還原型谷胱甘肽含量、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性和谷胱甘肽還原酶(GR)活性在干旱脅迫的早期有所降低而在干旱脅迫進一步增加時顯著增加且在復水處理后都恢復。這些結果表明:1)在整個干旱脅迫

7、過程中,F(xiàn)eSODs清除超氧陰離子自由基機制是非常有效的;2)在干旱脅迫早期CAT是主要的清除H2O2機制,而在進一步增加的干旱脅迫下AsA-GSH循環(huán)是主要的清除H2O2機制;3)在干旱脅迫下,POD的主要作用不是保護植物組織免遭H2O2引起的氧化破壞而可能主要參與了細胞壁成分的生物合成和木質(zhì)化。 總之,在不同的干旱脅迫水平下光呼吸承擔著不同的角色:中度干旱脅迫下,光呼吸通過消耗過剩電子而起到光保護的功能;而在重度干旱脅迫下,

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