氧化還原信號(hào)介導(dǎo)的表油菜素內(nèi)酯對(duì)黃瓜光合作用的調(diào)控.pdf

1、黃瓜是設(shè)施栽培的主要蔬菜之一,在生產(chǎn)上和消費(fèi)上占有主導(dǎo)地位。黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)環(huán)境條件的要求相對(duì)較高。然而由于我國(guó)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)簡(jiǎn)陋和生產(chǎn)管理水平相對(duì)落后,黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)常常受到各種脅迫的影響。油菜素內(nèi)酯(BRs)具有提高作物光合作用及增加抗逆性的效果,但具體機(jī)理還不是十分清楚,因此探明BRs提高光合作用的機(jī)理在科學(xué)上及實(shí)踐上具有十分重要的意義.本文以具有不同BRs水平的黃瓜(Cucumis sativus L.)為材料,研究了利用化學(xué)

2、遺傳學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)等手段從光合相關(guān)基因表達(dá)、H2O2及redox信號(hào)的.角度探討了BRs調(diào)控作物光合作用的機(jī)理,探討了redox在BR調(diào)控光合作用中的信號(hào)作用。所得主要結(jié)果如下:
　　 1.研究了EBR、H2O2對(duì)光合參數(shù)、Rubisco酶的影響.通過(guò)處理24-表油菜素內(nèi)酯(EBR)和H2O2能直接有效改變黃瓜植株表觀形態(tài),并引起CO2同化能力和光化學(xué)量子效率(ΦPSⅡ)的變化.EBR、H2O2處理后,PSⅡ電子傳遞量子

3、效率(ΦPSⅡ)明顯增加,這主要是由于光化學(xué)猝滅(qP)增加所引起。研究發(fā)現(xiàn),EBR、H2O2均可以調(diào)控Rubisco羧化速率(Vc,max)、RuBP再生速率(Jmax)及Rubisco初始活力,以及改變植株的光合作用。此外,EBR和H2O2導(dǎo)致Rubisco初始活性、蔗糖合成酶(SS)和酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)活性的提高,以及可溶性總糖和淀粉含量的累積.總之,EBR、H2O2明顯提高了卡爾文循環(huán)中的CO2同化能力,而其中主要原因是由于EB

4、R、H2O2對(duì)Rubisco初始活性有明顯促進(jìn)作用.
　　 2.研究了H2O2在BR.調(diào)控碳水化合物代謝中的作用.通過(guò)預(yù)處理H2O2的清除劑DMTU和NADPH氧化酶抑制劑(DPI)進(jìn)一步分析H2O2在EBR調(diào)控碳水化合物積累中的作用。研究發(fā)現(xiàn),外源EBR能夠改變碳水化合物的含量而H2O2的清除劑DMTU和NADPH氧化酶抑制劑(DPI)卻能夠阻斷BRs對(duì)碳水化合物的誘導(dǎo)作用,這表明BRs改變碳水化合物的含量主要通過(guò)激活NADP

5、H氧化酶誘導(dǎo)產(chǎn)生的H2O2而介導(dǎo)的。DMTU和DPI預(yù)處理能夠抑制EBR對(duì)光合作用,碳水化合物含量的調(diào)控及相關(guān)酶活和基因的表達(dá),這表明由NADPH氧化酶產(chǎn)生的H2O2在EBR調(diào)控碳水化合物過(guò)程中發(fā)揮重要作用.
　　 3.研究了H2O2信號(hào)介導(dǎo)BRs對(duì)作物光合作用的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),外源EBR能夠誘導(dǎo)而H2O2的清除劑DMTU和NADPH氧化酶抑制劑(DPI)能夠阻斷BRs對(duì)H2O2的誘導(dǎo),這表明BRs主要通過(guò)激活NADPH氧化酶誘

6、導(dǎo)H2O2的產(chǎn)生。并且BRs誘導(dǎo)的H2O2主要分布于葉肉細(xì)胞細(xì)胞壁的背壁,而葉綠體、線粒體、細(xì)胞核及液泡等組織結(jié)構(gòu)內(nèi)均無(wú)H2O2產(chǎn)生。DMTU和DPI預(yù)處理能夠抑制EBR對(duì)光合作用,卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶活性及相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控,這表明由NADPH氧化酶產(chǎn)生的H2O2在EBR調(diào)控光合作用中發(fā)揮重要作用.研究發(fā)現(xiàn)EBR誘導(dǎo)的RCA活性的增加及蛋白水平表達(dá)的提高均能被DMTU和DPI所抑制。這些結(jié)果表明,H2O2對(duì)于EBR誘導(dǎo)的光合作用的調(diào)節(jié)具有

7、重要作用.
　　 4.研究了氧化還原信號(hào)對(duì)BRs提高光合作用的調(diào)節(jié).進(jìn)一步分析了氧化還原信號(hào)對(duì)光合作用的影響。研究發(fā)現(xiàn)外源適當(dāng)濃度的EBR、H2O2處理能夠提高GSH/GSSG的比率,但是對(duì)谷胱甘肽的總量無(wú)顯著影響。高濃度的EBR對(duì)光合作用無(wú)明顯作用但可以使谷胱甘肽的總量增加,同時(shí)降低了GSH/GSSG的比率.EBR、H2O2提高光合作用的效應(yīng)可以被GSH合成抑制劑BSO和磷酸戊糖途徑的NADPH合成抑制劑6-AN所抵消.外源G

8、SH跟EBR、H2O2一樣可以通過(guò)提高卡爾文循環(huán)相關(guān)酶的活力及基因表達(dá)從而提高光合作用。這些結(jié)果表明,EBR、H2O2誘導(dǎo)的卡爾文循環(huán)關(guān)鍵酶活力及基因表達(dá)均被BSO和6-AN所抑制,充分證明GSH/GSSG作為一種氧化還原信號(hào)對(duì)光合作用的調(diào)節(jié)具有重要作用。
　　 5.研究了依賴于BRs水平的谷胱甘肽氧化還原狀態(tài)對(duì)Rubisco活化酶的影響。分析了離體條件下GSH/GSSG的改變對(duì)光合作用的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)植株的葉綠體中谷胱甘肽對(duì)不

9、同BRs水平是有響應(yīng)的及環(huán)境中不同的GSH/GSSG對(duì)提取純化的RCA是有影響的.此外,植物體內(nèi)的葉綠體中GSH/GSSG隨BRs水平的提高而提高,而GSH+GSSG的總量則無(wú)明顯變化;隨著GSH/GSSG的提高,純化的RCA活力逐漸升高,即水解的時(shí)間也隨之延長(zhǎng).這些研究結(jié)果表明,BRs水平影響了葉綠體內(nèi)谷胱甘肽的水平及其氧化還原狀態(tài);RCA的穩(wěn)定性受GSH/GSSG的調(diào)控。
　　 6.研究了EBR在正常和加富CO2條件下,對(duì)光