四季秋海棠(Begonia semperflorens)葉片中花色素苷的光保護作用和低溫誘導(dǎo)機理.pdf

1、隨著園林城市理念的深入,傳統(tǒng)的綠色園林植物已經(jīng)不能滿足人們的需要,各種彩葉植物作為城市綠化的新寵得到了越來越多的關(guān)注。作為呈色的物質(zhì)基礎(chǔ)的花色素苷還具有特有的生態(tài)和生物學(xué)功能;用各種措施誘導(dǎo)調(diào)控色素的發(fā)生和積累不僅能夠為配置和應(yīng)用彩葉植物提供豐富的選擇,還能夠彌補育種彩葉植物周期長、材料和技術(shù)限制的不足,從而充實城市(城鎮(zhèn))用以造景綠化彩葉植物品類。因此,本文用四季秋海棠(Begonia semprerflorens)紅銅葉系列的'雞尾

2、酒'('Cocktail')和綠葉系列的‘超級奧林匹克’('Super Olympia')為材料,對花色素苷的光保護功能和機理、低溫調(diào)控的機理進行了分析,所取得的主要研究結(jié)果如下:
　　 1.四季秋海棠的紅葉和綠葉2個品種在光譜吸收特征、葉片結(jié)構(gòu)、花色素苷含量、氣體交換參數(shù)、葉綠素?zé)晒獯銣绲葏?shù)上存在顯著差異,這些差異是花色素苷的存在所致。紅葉品種的葉片提取液含有大量的花色素苷,并在282及537nm處有強烈吸收,因此導(dǎo)致氣孔導(dǎo)

3、度減小,光合速率、Rubisco最大羧化效率(Vc,max)和RuBP最大再生速率(Jmax)減小,固碳能力降低;紅葉品種具有相對較低的光合活性,較高的熱耗散效率,這可能是花色素苷限制了葉綠體對綠光的吸收,導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)中心開放程度減少、激發(fā)能捕獲效率降低,從而降低光化學(xué)效率和光合作用;同時因為花色素苷對可見光綠光的吸收,紅葉品種具有較高的光飽和點,對高光強的耐性增強。
　　 2.花色素苷在光脅迫情況下能起到光保護的作用

4、。在高光脅迫及恢復(fù)期間,紅葉品種的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)顯著高于綠葉品種,而且高光脅迫還引起2個品種的花色素苷含量顯著增加;雖然2個品種的花色素苷含量差異顯著,但光捕獲能力即葉綠素含量和Chla/b沒有顯著差異。高光脅迫后,紅葉品種的葉黃素庫容量和過氧化氫酶(CAT)、脫氫抗壞血酸還原酶(DHAR)和抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性較低,而基于DPPH的自由基清除能力則顯著高于綠葉品種。同時,DPPH活性在高光脅迫和恢復(fù)階段與花色

5、素苷的含量密切相關(guān),這意味著花色素苷主要對非酶的抗氧化能力貢獻較大。為了驗證花色素苷的“光屏障”作用,分別用紅、綠、藍3種光照模擬光抑制脅迫之后測量了Fv/Fm值。綠光脅迫下綠葉品種的Fv/Fm下降較多,但在紅光和藍光下2個品種的Fv/Fm值相當(dāng)。因此,高光脅迫下花色素苷在四季秋海棠葉片中的光保護作用主要歸功于其的“光屏障”作用而非抗氧化劑作用。
　　 3.秋季低溫誘導(dǎo)了四季秋海棠葉片花色素苷的發(fā)生,同時葉脈和莖韌皮部積累了胼胝

6、質(zhì),使葉片和頸部富含大量碳水化合物,因此推測是碳水化合物的積累直接誘導(dǎo)了花色素苷的發(fā)生。用環(huán)割莖部阻斷韌皮部下行運輸和外源添加蔗糖的方法驗證了這個理論,結(jié)果發(fā)現(xiàn),葉片的Vc,max和Jmax下降,葉片固碳能力下降,而碳水化合物在葉片和莖部顯著積累,使花色素苷合成的相關(guān)酶PAL、CHI、DFR和UFGT活性顯著增加,花色素苷含量在葉片和莖部不同程度增加。因此,秋季低溫誘導(dǎo)花色素苷合成的直接原因是碳水化合物的積累。
　　 4.秋季的

7、低溫能夠誘導(dǎo)四季秋海棠葉片積累花色素苷,這個過程被普遍認為是低溫的作用。在本試驗中,我們用低溫加光和不加光試驗證明了光照也是必不可少的因素。低溫不加光的處理未能誘導(dǎo)葉片合成花色素苷,但仍然促進PAL活性的上調(diào)。為了探索低溫不加光處理對花色素苷合成的位抑制點和次生代謝物的流向,我們分別研究了花色素苷合成相關(guān)酶活性以及木質(zhì)素、酚酸和類黃酮的含量。結(jié)果表明:低溫不加光處理較對照增加了CHI的活性,但對DFR和UFGT的活性沒有作用,而且植株體