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低温条件下叶绿体NAD（P）H脱氢酶复合体的生理功能及其对光质的响应

作　者: 段伟
导　师: 孟庆伟；米华玲
学　校: 山东农业大学
专　业: 植物学
关键词: 冷敏感植物 低温 光抑制 NDH 复合体 内源激素
分类号: Q945
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 431次
引　用: 2次
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内容摘要


本文以冷敏感植物黄瓜津研 4 号(Cucumis sativus L.)为材料,研究了低温弱光胁迫对 PSI 和 PSII 光抑制及其相互关系的影响。以烟草(Nicotiana tabacum c.v. Xanthi)ndh 基因缺失突变体为试材,探讨了低温弱光胁迫下叶绿体 NAD(P)H 脱氢酶复合体(NDH)介导的 PSI 循环电子传递的功能以及 NDH 复合体对不同光质的响应。此外,初步探讨了硫灯和氙灯下黄瓜幼苗生长差异与植物内源激素的关系。主要结果如下:1. 低温弱光胁迫下黄瓜叶片的光合作用、光抑制及其保护机制 低温降低了黄瓜叶圆片的光合速率,在光合速率和气孔导度降低的同时,胞间 CO2浓度升高,羧化效率降低,说明低温弱光胁迫下光合速率的降低主要是由非气孔因素引起的。与暗处低温胁迫相比,在低温弱光胁迫下黄瓜叶片光合放氧速率下降更明显。 黄瓜类囊体膜电子传递速率显示,PSII、PSI 以及整个电子传递活性在低温弱光处理过程中呈下降趋势。在低温弱光和低温暗处理下 PSII 的活性均降低,比处理前分别下降了 30.8%和 27.7%。在低温弱光下处理 6h 后黄瓜叶片 PSI 的电子传递活性降低 44.2%,而在低温暗处理下其活性仅降低 14.9%。总电子传递活性在低温弱光和低温暗处理下分别降低 30.1%和 17.4%。这表明低温弱光胁迫导致黄瓜 PSI 更严重的光抑制。 低温胁迫对叶绿素荧光参数的影响。低温弱光处理降低黄瓜叶片的最大光化学效率 1<WP=11>段伟:低温条件下叶绿体 NAD(P)H 脱氢酶复合体的生理功能及其对光质的响应(Fv/Fm),但变化不明显。低温弱光胁迫导致 PSII 实际光化学效率(ΦPSII)和光化学猝灭参数(qP)明显降低, 而在低温暗处理下基本不变。低温弱光胁迫下非光化学促灭(NPQ)增加。说明即使在弱光下,由于低温抑制了黄瓜叶片的碳同化过程也会导致光能过剩,依赖叶黄素循环的非辐射能量耗散(NPQ)在低温弱光胁迫下具有光破坏防御功能。 低温弱光下黄瓜叶片抗坏血酸(AsA)含量下降,超氧化物歧化酶(SOD)和叶绿体抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性降低,导致过氧化氢(H2O2)积累,从而引起黄瓜叶片的膜脂过氧化作用,表现为丙二醛(MDA)以及电解质外渗率的增加。2. 烟草 NDH 在低温弱光下的生理功能 在低温(4℃)弱光(100μmol m-2 s-1)胁迫 6h 后,野生型(WT)烟草和 ?ndhCJK突变体 P700 的氧化还原水平都有不同程度的降低,但 ?ndhCJK 的 P700 的氧化还原水平降低更明显,引入电子受体甲基紫精(MV)后,P700 的氧化还原恢复到处理前的水平,表明低温弱光胁迫引起烟草叶绿体间质成分的过度还原。PSII 最大光化学效率(Fv/Fm)及光合电子传递活性的变化表明低温弱光胁迫导致 ?ndhCJK 较为严重的 PSII光抑制,而 WT 和 ?ndhCJK 的 PSI 光抑制则较轻。非光化学猝灭(NPQ)的动力显示低温弱光主要抑制了?ndhCJK 突变体?pH的建立。此外,低温弱光胁迫下烟草?ndhCJK比 WT 产生更多的 H2O2。因此,推测低温弱光胁迫主要导致烟草叶绿体间质氧化还原成分的过度还原,从而限制了电子传递,导致活性氧产生。而 NDH 介导的 PSI 循环电子传递或叶绿体呼吸在低温弱光胁迫下减少活性氧的产生,从而具有光氧化破坏防御功能。 低温促进了 NDH 介导的 PSI 循环电子传递,这可能与低温增加了由 PSI 驱动的光依赖性的 NADPH 氧化活性有关。NDH 介导的 PSI 循环电子传递或叶绿体呼吸通过生成 ATP 为碳同化过程提供额外的能量,在低温下起光保护作用。3. 烟草ΔndhB 突变体对不同光质的响应及其适应 近红外辐射使 WT 的株高明显高于ΔndhB 突变体。在产生强近红外辐射的氙灯下生长的 WT 与生长在硫灯的 WT 相比,前者的作用光关闭后荧光上升相对速率(RFp)加快,峰值(Fp)增高。远红光关闭后的 P700+的暗还原初始速率也明显加快。Western 免疫印迹分析表明,氙灯下 WT 所含 NdhK 亚基的量明显比硫灯下的高。这说明近红外辐射 2<WP=12>山东农业大学博士论文促进 NDH 介导的 PSI 循环电子传递。此外,在近红外辐射下 WT 和ΔndhB 突变体叶片的光合特性无显著差异。4. 硫灯和氙灯下黄瓜幼苗生长的差异与植物内源激素的关系 为探索硫灯在农业生产中的应用前景,对硫灯和氙灯两种光源引起黄瓜幼苗生长差异的原因进行了初步探讨。与氙灯相比,硫灯照射下生长的黄瓜叶片单位面积叶绿素 a和 b 含量显著增加。但是,叶片的光合参数几乎没有差异。与氙灯相比,硫灯明显抑制了茎的伸长和干物质的积累,但是相对地促进了叶和根的生长。组织细胞观察显示,硫灯下生长的黄瓜幼苗的中胚轴表皮和皮层细胞纵向单位毫米长度的细胞数目比氙灯下的多。内源激素分析结果表明,与氙灯相比,硫灯下的黄瓜幼苗内源激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)含量下降,而脱落酸(ABA)含量却明显增加。推测硫灯和氙灯下黄瓜幼苗生长的差异可能与内源激素的调控有关。

全文目录


中文摘要  10-13
英文摘要  13-17
英文缩写符号及中英文对照表  17-21
1 前言  21-45
  1.1 围绕 PSI 的循环电子传递  22-38
    1.1.1 FQR 途径  22-23
    1.1.2 PGR 途径  23-24
    1.1.3 NDH 途径  24-38
      1.1.3.1 NDH 复合体的亚基组成  24-27
      1.1.3.2 NDH 复合体的分离  27-29
      1.1.3.3 叶绿体中存在不同底物专一性NDH复合体  29-30
      1.1.3.4 NDH 的作用机理  30-34
        1.1.3.4.1 光下介导围绕 PSI 的循环电子传递  30-31
        1.1.3.4.2 暗中参与叶绿体呼吸电子传递  31-34
      1.1.3.5 NDH 复合体的生理意义  34-38
        1.1.3.5.1 能量转换与调节  34-35
        1.1.3.5.2 光保护作用  35-37
        1.1.3.5.3 减轻水分胁迫  37
        1.1.3.5.4 减轻热胁迫  37-38
  1.2 检测循环电子传递的方法  38-39
    1.2.1 P700的氧化还原动力学  38
    1.2.2 作用光关闭后叶绿素荧光瞬时上升现象  38-39
    1.2.3 NAD(P)H 荧光动力学  39
    1.2.4 光声光谱  39
  1.3 低温光抑制的研究进展  39-42
    1.3.1 低温光抑制部位  39-42
      1.3.1.1 低温对膜的伤害  40
      1.3.1.2 低温对 PSII 的光抑制  40-41
      1.3.1.3 低温对 PSI 的光抑制  41-42
    1.3.2 低温胁迫下 PSI 的光保护机制  42
  1.4 不同波段的光对植物光形态建成的影响  42-43
  1.5 研究目的、意义  43-45
2 材料与方法  45-54
  2.1 试验材料  45
    2.1.1 低温弱光处理的材料  45
    2.1.2 近红外辐射处理的材料  45
  2.2 材料处理  45-46
    2.2.1 黄瓜低温弱光处理  45-46
      2.2.1.1 黄瓜整株处理  46
      2.2.1.2 黄瓜离体叶片处理  46
    2.2.2 烟草低温弱光处理  46
      2.2.2.1 烟草整株处理  46
      2.2.2.2 烟草离体叶片处理  46
    2.2.3 近红外辐射处理  46
  2.3 测定方法  46-54
    2.3.1 黄瓜叶圆片光合放氧速率的测定  46-47
    2.3.2 黄瓜叶片光合气体交换参数的测定  47
    2.3.3 黄瓜叶绿体的提取  47
    2.3.4 叶绿素含量的测定  47
    2.3.5 黄瓜类囊体膜电子传递速率的测定  47-48
    2.3.6 黄瓜叶圆片荧光参数的测定  48
    2.3.7 抗坏血酸含量的测定  48
    2.3.8 丙二醛的测定  48
    2.3.9 电解质外渗率测定  48
    2.3.10 类囊体膜 APX 活性的测定  48-49
    2.3.11 SOD 活性的测定  49
    2.3.12 黄瓜叶圆片 H_2O_2含量的测定  49
    2.3.13 烟草叶绿素荧光参数和 P700+氧化还原的测定  49-50
    2.3.14 烟草叶绿体的提取  50
    2.3.15 烟草类囊体膜电子传递活性的测定  50
    2.3.16 H_2O_2 的原位检测  50-51
      2.3.16.1 低温弱光条件下烟草叶片 H_2O_2的原位检测  50-51
      2.3.16.2 近红外辐射条件下烟草叶片 H_2O_2的原位检测  51
    2.3.17 烟草叶绿体 P/O 值的测定  51
    2.3.18 烟草叶片 ATP 含量的测定  51
    2.3.19 烟草叶片 77K 叶绿素荧光的测定  51
    2.3.20 PSI 驱动的光依赖的 NAD(P)H 的氧化分析  51-52
    2.3.21 烟草株高、径围、叶片数和叶片长和宽的测定  52
    2.3.22 烟草叶片叶绿素 a、b 含量和净光合速率的测定  52
    2.3.23 烟草叶绿体粗提物的制备  52
    2.3.24 免疫印迹分析  52
    2.3.25 蛋白质定量  52
    2.3.26 黄瓜幼苗叶绿素 a,b 含量的测定  52
    2.3.27 黄瓜幼苗鲜重、干重的测定  52-53
    2.3.28 光学显微镜观察  53
    2.3.29 黄瓜内源 IAA、ABA 和 GA_3 提取与测定  53-54
3 结果与分析  54-85
  3.1 低温弱光胁迫对冷敏感植物黄瓜的光抑制  54-62
    3.1.1 低温弱光胁迫下黄瓜叶片放氧速率的变化  54
    3.1.2 低温弱光胁迫下黄瓜叶片气体交换参数的变化  54-55
    3.1.3 低温弱光胁迫对类囊体膜电子传递活性的影响  55-57
    3.1.4 低温弱光胁迫对黄瓜叶片荧光参数的影响  57-58
    3.1.5 低温弱光胁迫下活性氧及其清除系统的变化  58-62
      3.1.5.1 黄瓜叶片抗坏血酸含量的变化  59
      3.1.5.2 丙二醛和电解质渗出率的变化  59-60
      3.1.5.3 H_2O_2 含量的变化  60-61
      3.1.5.4 SOD 和 APX 活性的变化  61-62
      3.1.5.5 APX 对温度的依赖性  62
  3.2 低温胁迫下烟草叶绿体 NAD(P)H 脱氢酶复合体(NDH)的生理功能  62-73
    3.2.1 低温弱光胁迫下烟草叶片的光抑制  62-65
      3.2.1.1 PSII光化学效率及叶绿素初始荧光  63-64
      3.2.1.2 非光化学猝灭  64-65
    3.2.2 低温弱光胁迫对烟草类囊体膜电子传递活性的影响  65-66
    3.2.3 低温弱光胁迫对烟草叶圆片 H2O2 的影响  66-68
    3.2.4 低温弱光胁迫对烟草 P700 氧化还原水平的影响  68-69
    3.2.5 低温弱光胁迫对烟草类囊体膜光合磷酸化及光合控制的影响  69
    3.2.6 低温弱光胁迫对烟草叶片中 ATP 含量的影响  69-70
    3.2.7 低温弱光胁迫对烟草叶片 77K 低温荧光的影响  70-71
    3.2.8 低温弱光胁迫对烟草 P700+再还原初始速率的影响  71-72
    3.2.9 低温弱光胁迫对烟草光依赖的NAD(P)H 的氧化活性的影响  72-73
  3.3 缺失叶绿体 NADPH 脱氢酶复合体 B 亚基的烟草突变体对不同光质的响应及其适应  73-79
    3.3.1 近红外辐射条件的建立  73-74
    3.3.2 对烟草营养生长的影响  74-75
    3.3.3 对烟草叶绿素含量及光合特性的影响  75-76
    3.3.4 对烟草叶片 H2O2含量的影响  76-77
    3.3.5 对烟草 P700+暗中再还原初始速率的影响  77
    3.3.6 NdhK 亚基的免疫印迹分析  77-79
  3.4 硫灯和氙灯下黄瓜幼苗生长差异与植物内源激素的关系  79-85
    3.4.1 硫灯和氙灯的特性比较  79
    3.4.2 硫灯和氙灯对黄瓜幼苗生长发育的影响  79-83
      3.4.2.1 硫灯和氙灯照射对黄瓜幼苗真叶光合指标的影响  79-80
      3.4.2.2 硫灯和氙灯照射对黄瓜幼苗总鲜重/总干重的影响  80-81
      3.4.2.3 硫灯和氙灯照射对黄瓜幼苗生长高度的影响  81
      3.4.2.4 硫灯和氙灯对黄瓜幼苗胚轴表皮与皮层细胞的影响  81-83
    3.4.3 硫灯和氙灯照射对黄瓜幼苗内源激素水平的影响  83-85
4 讨论  85-94
  4.1 低温弱光胁迫下的光抑制  85-86
  4.2 膜质过氧化作用和活性氧清除系统  86-87
  4.3 低温弱光胁迫下 PSI 的光抑制  87-88
  4.4 低温下叶绿体NAD(P)H脱氢酶复合体的生理功能  88-91
    4.4.1 低温促进了NDH介导的围绕PSI的循环电子传递  88-89
    4.4.2 NDH 复合体对活性氧的清除作用  89-90
    4.4.3 NDH参与了△pH的建立  90
    4.4.4 NDH 参与能量转换及调节  90-91
  4.5 NDH 复合体对近红外辐射的适应及其响应  91-92
    4.5.1 近红外辐射对烟草营养生长的影响  91-92
    4.5.2 近红外辐射与NDH介导的循环电子传递  92
  4.6 硫灯和氙灯下黄瓜幼苗生长差异与植物内源激素的关系  92-94
5 结论  94-95
参考文献  95-113
附录1  113-115
致谢  115-116
附录2  116

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生理学
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