SA对高温强光胁迫下小麦叶绿体D1蛋白及PSⅡ功能的影响
作者单位：河南农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：赵会杰
授予年度：2009年
摘 要：小麦是我国第二大粮食作物,其产量的丰欠直接影响人民生活水平和国民经济发展。然而,在决定小麦产量形成的灌浆期,常常遭遇高温和强光双重胁迫,导致光合机构破坏,叶片功能早衰,有机营养匮乏,籽粒发育受阻,造成严重的产量下降。本文研究了高温强光胁迫下小麦叶绿体D1蛋白及光合运转的变化及SA的调节作用,旨在为了解外源SA对光合机构的保护机理以及生产中采取抗逆应变措施提供实验依据。 试验于河南农业大学科教园区进行,设置盆栽为主,沙培和大田栽培为辅3组试验,以豫农949为材料,土壤为潮土。盆栽试验于灌浆期(开花后20天)、沙培实验于四叶期分别用0.5mmol·L-1SA溶液预处理小麦叶片,以水预处理为对照,然后将预处理植株进行高温强光(35℃,1600μmol·m-2·s-1)处理,进行光抑制处理。强光处理采用1000W钨灯下照射4h,温度控制在35℃左右,辐射强度为1600μmol·m-2·s-1(旗叶部位)。24小时后取旗叶进行生理生化指标测定。大田试验于灌浆期(开花后20天)用0.5mmol·L-1SA溶液预处理小麦叶片,以水预处理为对照,进行室内单株考种分析。主要结果如下: ***提高了高温强光胁迫下小麦叶片D1蛋白含量及磷酸化水平 高温强光胁迫导致了D1蛋白的降解,叶面喷施SA可有效抑制高温强光所致的D1蛋白降解,减轻了逆境条件下小麦的光抑制。暗恢复后使D1蛋白含量迅速恢复到CK水平,维持高效率的D1蛋白周转,有效保护了PSⅡ反应中心免遭破坏,维护了植物光合机构有效运转。磷酸化D1蛋白表现出与非磷酸化D1蛋白相同的变化趋势,叶面喷施SA稳定并提高了高温强光逆境下小麦叶片D1蛋白磷酸化的水平,在高温强光2、4h时,SA预处理的植株D1蛋白磷酸化水平均比水预处理高;在暗恢复时,已达到并超过SA0水平,有利于D1蛋白的高效修复和周转。 ***提高了高温强光胁迫下小麦叶片对活性氧的清除能力 APX、SOD活性变化趋势相似。虽然叶面喷施SA没有改变SOD和APX活性先增加后下降的趋势,但喷施SA处理SOD和APX活性始终高于叶面喷清水处理,甚至接近于CK水平。同时,SA对于H202含量的增加也起到了较好的抑制作用。所以叶面喷施SA使高温强光胁迫下的小麦叶片维持了相对较高的活性氧清除能力,减少了高温强光胁迫条件下自由基的积累,缓解了其对生物膜系统的伤害,使膜脂过氧化程度降低,因而原生质膜的通透性变小,内容物及离子渗漏减少。维护叶绿体内正常的电子传递,保护光合机构免受损伤。 ***提高了高温强光胁迫下小麦叶片光合作用的潜能和效率 高温强光逆境下,PSⅡ电子传递活性急剧下降,PSⅡ上的放氧复合体(OEC23KD、33KD、17KD)和外周蛋白(CP43)以及PSⅠ的捕光色素蛋白复合体(LHC)和作用中心等均产生不同程度降解,导致整个电子传递链传能转能效率降低。叶面喷施SA有效降低了光合膜上电子传递受阻的程度,促进了光合膜及PSⅡ反应中心的自我保护,使其通过降低一定的电子传递速率来减少高温强光逆境的伤害,暗恢复后SA处理亦对光合膜电子传递起到有效地修复作用。小麦叶片的净光合速率随胁迫时间延长呈明显下降趋势,而叶面喷施SA也在一定程度上缓解了这种下降趋势,且暗恢复时后效作用明显。SA处理小麦叶片在高温强光胁迫下维持了较高的通过PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ФPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)。叶面喷施SA对光合机构起到了一定的保护作用,进而提高了高温强光胁迫下小麦叶片光合作用的潜能和效率,使光合机构受损程度降低,维持了PSⅡ反应中心结构的稳定及较高的周转速率。 ***提高了高温强光胁迫下小麦叶片中亲水性物质的含量 叶面喷施SA增加了高温强光胁迫下小麦叶片中脯氨酸和可溶性糖的积累,起到了很好的渗透调节作用,有效保障了其他生理活动的正常进行。胁迫初期叶面喷施SA对蛋白质的合成起促进作用,随胁迫程度的加深,又对其降解起到了抑制作用。说明在高温强光胁迫下,SA通过促进新蛋白质的合成或者抑制蛋白质分解使其保持一定的含量水平,使细胞的亲水性增强,间接地增强了小麦叶片抵抗高温强光胁迫的能力。 上述研究结果表明,小麦叶面喷施低浓度SA(0.5mmol·L-1),可有效抑制高温强光所致的D1蛋白降解,保持了较高的D1蛋白磷酸化水平,进而保证了较高的叶绿体光化学活性,使叶绿体全链电子传递速率、通过PSⅡ的电子传递速率及净光合速率均有所增加;且暗恢复后,D1蛋白含量及磷酸化水平迅速提升,PSⅡ电子传递速率、PSⅡ原初光化学效率几乎达到暗适应水平,维持了PSⅡ反应中心结构的稳定,对光合机构修复的后效作用明显。从而获得更多的光合产物,千粒重增加,最终使
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