LeVDE基因過表達(dá)番茄的光合啟動(dòng)和對(duì)鹽脅迫的響應(yīng).pdf

1、光作為植物光合作用的唯一能源是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。然而，當(dāng)植物吸收的光能超過其電子傳遞所需時(shí)，過剩的光能便會(huì)造成光合效率和光合功能的降低，引起光抑制，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生光氧化破壞。在自然界中，植物的光抑制現(xiàn)象是十分普遍的，在強(qiáng)光、低溫弱光、高溫、干旱、鹽堿等逆境下，都會(huì)產(chǎn)生光抑制現(xiàn)象。高等植物體內(nèi)存在著多種防御機(jī)制以避免或輕光抑制，其中葉黃素循環(huán)被認(rèn)為是逆境下保護(hù)植物光合機(jī)構(gòu)免受過剩光能破壞的一種重要的機(jī)制。葉黃素循環(huán)是指植物吸收的光能過剩

2、時(shí)，雙環(huán)氧的紫黃質(zhì)(V)在紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化酶(VDE)的催化下，經(jīng)過中間物單環(huán)氧的花藥黃質(zhì)(A)轉(zhuǎn)化為無環(huán)氧的玉米黃質(zhì)(Z)；在暗處，則在玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶(ZE)的作用下朝相反的方向進(jìn)行，將Z重新環(huán)氧化為V，形成一個(gè)循環(huán)。依賴于葉黃素循環(huán)的非光化學(xué)猝滅(NPQ)能夠保護(hù)植物光合機(jī)構(gòu)免受過剩激發(fā)能的破壞。事實(shí)上，這些光保護(hù)機(jī)制與光合作用是密切相關(guān)的，已有證據(jù)表明：當(dāng)這些光保護(hù)機(jī)制發(fā)生改變時(shí)，植物的光合碳同化能力及長期的生物量也會(huì)發(fā)生改變。<

3、br>　　 本實(shí)驗(yàn)以野生型(WT)和轉(zhuǎn)LeVDE番茄株系(T2-7，T2-10和T2-11)作為實(shí)驗(yàn)材料，通過測定葉黃素循環(huán)組分、光合速率以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)等，探究了番茄VDE基因過表達(dá)對(duì)光合啟動(dòng)的影響以及在鹽脅迫過程中對(duì)光抑制的緩解作用。主要結(jié)果如下：
　　 (1)番茄葉黃素循環(huán)組分分析結(jié)果表明：與WT相比，轉(zhuǎn)基因株系葉黃素循環(huán)色素組成含量發(fā)生了明顯變化，VDE過表達(dá)促進(jìn)了葉黃素循環(huán)的脫環(huán)氧化狀態(tài)，Z和A的含量升高，V的含量

4、降低，脫環(huán)氧化狀態(tài)(Z+A/V+A+Z)升高。
　　 (2)弱光(600-800μmolm-2s-1PFD)下生長的植株，當(dāng)暴露在1000μmolm-2s-1光下進(jìn)行光合啟動(dòng)時(shí)，與WT相比，轉(zhuǎn)基因株系的NPQ、φPSⅡ和Pn啟動(dòng)較快，且啟動(dòng)過程中Fv/Fm降低的較慢，更能適應(yīng)由弱光到強(qiáng)光的轉(zhuǎn)換。
　　 (3)自然條件下生長的植株，在1000μmolm-2s-1光下進(jìn)行光合啟動(dòng)時(shí)，與WT相比，轉(zhuǎn)基因株系的NPQ、φPSⅡ和

5、Pn啟動(dòng)較慢而且啟動(dòng)過程中Fv/Fm的降低的也較慢，當(dāng)經(jīng)過2.5mM二硫蘇糖醇(DTT)處理后，WT和轉(zhuǎn)基因株系(T2-7，T2-10和T2-11)的最大NPQ和穩(wěn)定狀態(tài)的NPQ都有所下降，但是下降程度不同，分別下降了64.1％、45.2％、50％和40.9％；但與處理前相比，2.5mMDTT處理后轉(zhuǎn)基因株系的φPSⅡ有所升高，這說明VDE過表達(dá)促進(jìn)了葉黃素循環(huán)的脫環(huán)氧化，加大了NPQ的形成，與WT相比，使更多的能量在天線上耗散，因而減

6、少了進(jìn)入電子傳遞的能量，從而起到抑制電子傳遞的作用。相反，與處理前相比，雖然2.5mMDTT處理后WT的NPQ下降明顯，但是其φPSⅡ反而也有所下降，這主要是由于抑制葉黃素循環(huán)后，在啟動(dòng)過程中發(fā)生了嚴(yán)重的光抑制造成的。
　　 (4)長期鹽脅迫下，野生型和轉(zhuǎn)基因株系生長都受到了不同程度的影響。轉(zhuǎn)基因株系受到的抑制程度比野生型要小。鹽脅迫導(dǎo)致WT和轉(zhuǎn)基因株系的Fv/Fm和Pn降低，而兩者的NPQ都大幅升高，但是與WT相比，轉(zhuǎn)基因株系

7、的qE升高的比列更大，qI升高的比列更??；而且，與轉(zhuǎn)基因株系相比，鹽脅迫導(dǎo)致WT產(chǎn)生更多的O2-和H2O2，進(jìn)一步加重了光抑制的程度。
　　 上述結(jié)果表明，LeVDE基因過表達(dá)促進(jìn)葉黃素循環(huán)的脫環(huán)氧化，增強(qiáng)了熱耗散能力，提高了番茄植株從弱光轉(zhuǎn)到強(qiáng)光的適應(yīng)能力；在自然條件下生長時(shí)，LeVDE基因過表達(dá)抑制了電子傳遞的進(jìn)行，從而抑制光合啟動(dòng)；在鹽脅迫下，LeVDE基因過表達(dá)減少了活性氧的積累，減輕了膜脂過氧化，緩解了PSⅡ的光抑制。