三種代表性植物光合電子傳遞活性的研究.pdf

1、本文以陸地高等植物常春藤、海洋高等植物日本大葉藻和海洋低等植物鼠尾藻為研究對象，采用葉綠素熒光技術(shù)，考察不同條件下光合電子傳遞動力學，分析兩光系統(tǒng)在抵御環(huán)境脅迫時扮演的重要角色。主要研究結(jié)果如下：
　　1.常春藤光合電子傳遞活性的研究
　　通過M-PEA-2技術(shù)考察了常春藤光合電子傳遞活性日變化與季節(jié)變化，以檢驗環(huán)境波動條件下光系統(tǒng)II(PSII)與光系統(tǒng)I(PSI)的協(xié)調(diào)關(guān)系。在日變化過程中，盡管K點相對可變熒光在正午未發(fā)

2、生顯著變化，但延遲熒光I1點衰減動力學快組分振幅L1顯著下降，表明PSII供體側(cè)，即放氧復合體受損，同時該結(jié)果也表明延遲熒光在響應脅迫時具有較高的靈敏性。另外，隨光照在上午逐漸增強，最大光化學效率(Fv/Fm)的顯著下降，PC及P700氧化速率(Vox)顯著升高，下午隨光強降低，F(xiàn)v/Fm逐漸恢復， Vox發(fā)生弛豫，表明PSII在正午發(fā)生顯著光抑制而在下午逐漸恢復，與之相反，PSI在上午表現(xiàn)活躍而在下午發(fā)生弛豫；在季節(jié)變化過程中，PSI

3、I的下調(diào)總是伴隨著PSI的上調(diào)，相關(guān)性分析結(jié)果表明PSII與PSI存在顯著的負相關(guān)。總之，常春藤PSII與PSI存在此消彼長的動態(tài)平衡，這種交替變化調(diào)節(jié)了兩光系統(tǒng)間激發(fā)能的分配，維持了電子傳遞氧化還原狀態(tài)的平衡，進而賦予其靈活適應環(huán)境變化的能力。另外，PSI并不表現(xiàn)高溫依賴，而是全年活躍，這可能是維持常春藤在越冬期間光合器官功能完整的前提。
　　2.日本大葉藻光合電子傳遞活性的研究
　　隨著全球氣溫變暖，海水溫度逐漸升高，海

4、洋植物的生長繁殖受到抑制，面臨退化危機。通過熱孵育及熱激法研究了日本大葉藻應對高溫脅迫的光合電子傳遞的生理響應。隨著海水溫度逐漸升高(20-32℃)，K點相對可變熒光顯著升高，最大光化學效率Fv/Fm顯著下降，表明放氧復合體(OEC)及PSII反應中心受損。當藻株在32℃條件下暴露4 h后，OEC及PSII反應中心發(fā)生不可逆損傷，表明日本大葉藻光合電子傳遞所能耐受的上限溫度為32℃。另外，PIABS作為一個熱脅迫響應指示參數(shù)，隨脅迫時間

5、的延長逐漸降低，當PIABS小于10.60，PSII發(fā)生不可逆損傷。基于光合性能的研究結(jié)果，日本大葉藻響應高溫脅迫的策略歸納如下：(1)有活性的PSII反應中心電子傳遞效率增強；(2) PSII受體側(cè)電子傳遞能力增強；(3) PSI活性及圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞能力增強；(4) PSII與PSI此消彼長的協(xié)作關(guān)系。這些適應策略參與了電子傳遞氧化還原平衡，調(diào)節(jié)了兩光系統(tǒng)間激發(fā)能的分配，進而保護日本大葉藻免受海水溫度升高的危害。
　　

6、3.鼠尾藻光合電子傳遞活性的研究
　　通過葉綠素熒光技術(shù)考察了鼠尾藻光合性能的季節(jié)性變化。由夏至早冬季節(jié)，最大電子傳遞速率rETRmax,最大光化學效率Fv/Fm,以及性能指數(shù)PIABS維持高值，表明PSII持續(xù)活躍。在晚冬和早春季節(jié)，最小飽和光強Ek顯著降低，暗示鼠尾藻易受光脅迫損傷，rETRmax, Fv/Fm,及PIABS顯著降低證實PSII發(fā)生光抑制。rETRmax, Fv/Fm,及PIABS在晚春及夏季的升高表明PSII

7、逐漸恢復。與部分陸地常綠植物低溫強光交互作用引起PSII激發(fā)壓升高相似，鼠尾藻PSII的光抑制總是伴隨著PSII受體側(cè)電子積累。通常情況下，PSI及圍繞PSI的環(huán)式電子傳遞(CET)活躍被認為是植物響應逆境脅迫的重要保護機制，而鼠尾藻中，低的P700、PC的氧化速率及P700+、PC+的再還原速率表明PSI及CET全年不活躍，且在晚冬和早春呈現(xiàn)季節(jié)性下調(diào)。PSI及CET調(diào)節(jié)補償功能的不足可能限制了鼠尾藻對冬季脅迫的靈活響應，并造成PSI