果菜類蔬菜交替呼吸的溫度響應變化及其與抗性的關系.pdf

1、呼吸作用是植物的基本代謝過程之一并受環(huán)境條件所影響，然而有關呼吸作用同植物抗逆性的關系尚不清楚。本試驗研究了低溫脅迫對黃瓜(Cucumis sativasL.)、高溫和干旱脅迫對辣椒(Capsicum annuum L.)生長與各呼吸途徑的影響，并深入研究了低溫脅迫下黃瓜葉片和根系呼吸途徑的變化、AOX的調控機制、細胞內氧化脅迫以及葉綠體和線粒體中減少活性氧產生與積累的防御機制和清除機制之間的關系、AOX活性與低溫光抑制之間的關系等。主

2、要研究結果如下： 1、8℃低溫脅迫8d導致黃瓜地上部鮮重下降，但根系仍保持一定的生長量。葉片總呼吸(Vt)、細胞色素呼吸(p’Vcyt)和交替呼吸(9Valt)在脅迫初期6h內瞬間急劇增強，后隨著處理時間延長又迅速下降，其中Vt和p’Vcyt下降到對照水平以下，但pValt仍保持對照水平，使得pValt/Vt增大；低溫脅迫雖然降低了根系p’Vcyt，但誘導了pValt的顯著增大，最終導致Vt和pValt/Vt的增加。低溫脅迫4d

3、后線粒體狀態(tài)3各呼吸參數(shù)與相應組織測得的呼吸參數(shù)趨勢一致，并導致葉片線粒體呼吸控制率下降程度(36.3％)大于根系(17.2％)，低溫脅迫對葉片線粒體的傷害大于根系。結果說明低溫脅迫下根系保持較高的呼吸作用和交替呼吸是其相對葉片具有更強的抗冷性的原因。 2、脅迫處理10d后，高溫未抑制正椒13號辣椒的生長，但對雞爪×吉林的生長有一定的抑制作用，而干旱及高溫干旱則嚴重地抑制了辣椒的生長。高溫、干旱和高溫干旱脅迫均導致了辣椒葉片相對

4、電導率的上升，但上升幅度高溫干旱>干旱>高溫，并且對雞爪×吉林的傷害更大。高溫處理引起了辣椒總呼吸、細胞色素呼吸和交替呼吸的增加。對于正椒13號而言，干旱脅迫抑制了細胞色素呼吸的進行，但誘導了交替呼吸的增強，而總呼吸只在脅迫前期(5d)有所增強，隨后持續(xù)下降；高溫干旱共同脅迫加劇了正椒13號總呼吸和細胞色素呼吸的下降，交替呼吸只在脅迫第一天被極大地促進，隨后立即下降至對照水平。雖然干旱脅迫導致了雞爪×吉林交替呼吸的上升，但高溫干旱處理下

5、交替呼吸只在第1d有所增強，隨后迅速下降至低于對照水平，而總呼吸和細胞色素呼吸則受到嚴重的抑制。與其抗性相對應，高溫、干旱和高溫干旱脅迫下正椒13號表現(xiàn)出了較雞爪×吉林更強的交替呼吸和總呼吸，并且在脅迫5d時細胞色素呼吸的變化與其COX(細胞色素氧化酶)活性的變化相一致。結果說明高溫、干旱和高溫干旱脅迫下保持相對較高的呼吸作用，尤其是交替呼吸是正椒13號具有較強抗高溫和/或干旱能力的主要原因之一。 3、8℃低溫脅迫4d后葉片中H

6、<,2>O<,2>和MDA含量上升幅度明顯高于根系，細胞相對電導率也表現(xiàn)出同樣的趨勢。與對照相比，低溫脅迫4d的黃瓜根系總呼吸和交替呼吸在不同的測定溫度下均有所增強，而細胞色素呼吸卻沒顯著變化；然而，低溫明顯降低了黃瓜葉片的總呼吸和細胞色素呼吸，但對交替呼吸影響不大；低溫脅迫增加了細胞色素呼吸對溫度的敏感性，但降低了交替呼吸對溫度的敏感性。低溫對葉片和根系中AOX(交替氧化酶)活性的兩大調控因子泛醌庫的氧化還原狀態(tài)(UQr/UQt)和丙

7、酮酸含量的影響各不相同，低溫脅迫導致了根系和葉片中UQr/UQt的增加，但只在低溫處理后的根系中觀察到丙酮酸含量的增加，這可能是低溫脅迫下根系比葉片具有更強的交替呼吸的原因。以上結果表明低溫脅迫下根系具有較高的總呼吸和交替呼吸是其對低溫具有較高抗性的原因之一，而低溫脅迫下交替途徑對溫度的敏感性下降，以及泛醌庫還原程度或/和丙酮酸含量的增加，是低溫脅迫下葉片和根系保持較高交替呼吸的主要原因。 4、8℃低溫脅迫4d導致黃瓜葉片凈光合

8、速率(A)和PSⅡ光合電子傳遞量子效率(OPSⅡ)的下降，但增加了фPSⅡ/фCO<,2>和非光化學猝滅(NPQ)；低溫還抑制了線粒體細胞色素呼吸，促進了交替呼吸和泛醌庫還原狀態(tài)的增加。同時低溫明顯促進了O<,2>¨產率和H<,2>O<,2>含量的上升，也促進了葉綠體和線粒體內SOD和APX活性的增加，并且線粒體內SOD和APX活性上升幅度明顯高于線粒體。葉綠體內SOD和APX同工酶中，位于葉綠體膜上的Fe-SOD和tAPX活性的增加咀

9、顯高于位于其它部位的同工酶活性，這說明位于葉綠體膜上的抗氧化酶對于保護低溫脅迫下的葉綠體起著更為重要的作用。 5、由水楊基氧肟酸(SHAM)濃度試驗我們觀察到1mM的SHAM雖然抑制了正常及低溫弱光條件下黃瓜葉片50％左右的AOX活性，但并未對光合機構產生直接傷害。1mM SHAM溶液中的黃瓜葉片在正常溫度下培養(yǎng)4d未引起葉綠素熒光參數(shù)的變化，低溫強光則引起了Fv/Fm、фPSⅡ、qP、NPQ、Fv’/Fm’的下降，SHAM加劇

10、了這些熒光參數(shù)的降低；而低溫弱光處理4d雖然未引起黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm、NPQ和Fv’/Fm’的變化，但導致了фPSⅡ、qP的輕微下降，低溫弱光與SHAM共同作用雖未引起Fv/Fm的變化，但進一步導致фPSⅡ、qP和Fv’/Fm’的下降，并誘導了NPQ的明顯上升；為此我們對低溫弱光處理4后的黃瓜葉片移入到正常溫度下進行弱光和強光處理6h，結果表明弱光下無論是否有SHAM處理的黃瓜葉片葉綠素熒光均可恢復到對照水平，強光處理則導致了光抑制的發(fā)