高温强光对温州蜜柑（Citrus unshiu Marc.）光合作用的影响及其机理研究

论文摘要

光合作用是地球上最重要的化学反应。光能是整个光合作用反应的驱动力,但过多光能的吸收引起光化学效率的降低,即光合作用光抑制。自然界中,强光和高温是限制植物光合和生长的常见环境胁迫因子。强光常伴随高温发生,但双重胁迫对植物光合作用的影响机理仍不十分清晰.因此,研究强光高温下植物光合机构运转规律及其相应改善措施具有重大的理论和实践意义。本研究以2-3年生枳砧生温州蜜柑（Citrusunshin Marc.）为试材,研究其在不同季节光合机构运转日变化及其影响因素和喷雾的改善效应,进一步探讨了强光高温交互作用对温州蜜柑叶片光合机构的影响及其机理,深入分析了温州蜜柑叶片中D1蛋白周转对光合机构光破坏的防御机制。主要研究结果如下:1.比较了强光适温（春季）或强光高温（夏季）下温州蜜柑叶片光合机构运转的差异。结果表明,春、夏季晴天均出现光合午休,且夏季较为严重。春季光合午休,伴随气孔导度（gs）下降,而最大光化学效率（Fv/Fm）没有明显降低,说明春季光合午休主要是气孔限制因素引起。夏季光合午休虽然也出现gs的下降,但同时光能利用率（AQY）及Fv/Fm也显著降低,这说明气孔限制和光抑制均是温州蜜柑叶片夏季晴天光合午休的原因。进一步研究表明,夏季中午温州蜜柑叶片发生的光合作用的光抑制与PSII电子传递能力严重下降、失活的反应中心比例增加有关。2.采用向树冠叶片喷雾的办法（喷雾法）,缓解了因夏季晴天中午大气水汽压亏缺（VPD）升高对植株的不利影响,研究了气孔与非气孔因素限制温州蜜柑叶片光合午休的机理。结果表明,喷雾能缓解夏季晴天中午叶片的gs、净光合速率（Pn）和Fv/Fm的降低,缓解失活的PSⅡ比例上升和QA的还原速率下降,减少H2O2的积累。喷雾还能降低D1蛋白的降解,维持跨膜质子动力势（pmf）,从而保护温州蜜柑叶片光合机构的正常运转。这说明,夏季晴天中午,叶片气孔关闭将限制CO2同化,造成能量过剩,使H2O2积累,导致PSⅡ反应中心破坏,而且喷雾能通过降低叶片温度有利于光合机构正常运转。3.分析了高温强光交互作用对温州蜜柑叶片两个光系统的影响。结果表明,高温强光交互作用下温州蜜柑叶片的Fv/Fm和电子传递速率显著下降,D1蛋白严重降解,H2O2大量积累,pmf和ATP含量明显减少。高温强光交互作用对PSⅠ没有显著影响,但造成PSⅡ反应中心的严重破坏,且降低PSⅡ/PSⅠ的比例,并抑制了围绕PSⅠ的循环电子传递。高温强光交互作用下叶片光化学效率的降低源于H2O2过量积累减少PSⅡ反应中心D1蛋白净含量,阻碍线性电子传递,造成pmf下降和ATP合成减少,且ATP含量减少又反馈抑制D1的重新合成。同时,围绕PSⅠ的循环电子传递途径也受抑制,加剧了光合机构的氧化破坏。4.探讨了D1蛋白周转对强光下温州蜜柑叶片光合机构的光保护作用。结果表明,与黑暗相比,强光降低柑橘叶片Fv/Fm,阻碍叶片光合电子传递,促进光化学猝灭,并提高失活反应中心的比例。林可霉素抑制温州蜜柑叶片D1周转,减少D1蛋白净含量,加剧光化学效率的降低和失活反应中心的比例。这些说明,柑橘叶片中,强光引起光抑制是PSⅡ反应中心失活引起的,而光下D1蛋白的快速周转对PSⅡ反应中心起重要保护作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 缩略词表
• 目录
• 第一章 前言
• 1 植物光合作用的光抑制
• 1.1 光合作用光破坏机理
• 1.2 光合机构的光破坏防御机制
• 1.2.1 光能吸收和分配的调节
• 1.2.2 过剩能量的耗散
• 1.2.3 活性氧的清除
• 1.3 光合机构的修复循环
• 1.3.1 光合机构反应中心D1蛋白的结构与功能
• 1.3.2 光合机构的修复的环境调控
• 2 高温胁迫对光合作用光抑制的影响
• 2.1 高温对捕光复合体的影响
• 2.2 高温对放氧复合体的影响
• 2.3 高温对PSII反应中心的影响
• 3 柑橘属光合作用的光温调控
• 3.1 柑橘光合作用的光调节
• 3.2 柑橘光合作用的温度调节
• 4 本论文的研究目的和意义
• 第二章 自然条件下春、夏季温州蜜柑叶片光合机构运转的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 测定指标及方法
• 1.2.1 光合有效辐射强度和叶片温度测定
• 1.2.2 气体交换参数测定
• 1.2.3 叶绿素荧光参数的测定
• 1.2.4 快相荧光动力学和电子传递光响应曲线的测定
• 1.3 数据处理与分析
• 2 结果与分析
• 2.1 春、夏季条件下的光强和叶温的日变化
• 2.2 春、夏季条件下的温州蜜柑叶片气体交换参数日变化
• 2.3 春、夏季9:00与13:00温州蜜柑叶片的光响应曲线
• 2.4 春、夏季条件下的温州蜜柑叶片的叶绿素a荧光参数日变化
• 2.5 春、夏季9:00与13:00的温州蜜柑叶片光合机构的电子传递能力
• 2.6 春、夏季9:00与13:00光合机构异质性的差异
• 3 讨论
• 第三章 自然条件的夏季晴天温州蜜柑叶片光合午休机理及喷雾调控
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料及其培养与处理
• 1.2 测定指标及方法
• 1.2.1 环境光强和水汽压亏缺的测定
• 1.2.2 叶片气体交换参数测定
• 1.2.3 叶绿素荧光参数测定
• 1.2.4 过氧化氢、丙二醛含量和抗氧化酶活性的测定
• 1.2.5 类囊体膜的提取和D1蛋白含量的检测
• 1.2.6 毫秒延迟发光的测定
• 1.3 数据处理及分析
• 2 结果与分析
• 2.1 试验的环境条件
• 2.2 光合速率日变化及喷雾的影响
• 2.3 9:00和13:00光饱和净光合速率及喷雾的影响
• 2.4 Pn与gs、gs与ALVPD、Tl与ALVPD之间的相互关系
• 2.5 叶绿素a荧光参数日变化及喷雾的影响
• 2.6 喷雾对光合机构光系统II的异质性的影响
• 2.7 丙二醛和过氧化氢含量及抗氧化酶活性日变化
• 2.8 过氧化氢对光合和荧光及丙二醛含量的影响
• 2.9 温州蜜柑叶片D1蛋白含量的日变化及喷雾调控
• 2.10 强光对跨膜质子动力势的影响及喷雾调控
• 3 讨论
• 第四章 高温强光及其交互作用对温州蜜柑叶片光系统的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 高温强光的处理方法
• 1.2.2 叶绿素荧光参数的测定和计算
• 1.2.3 叶片中过氧化氢的观测
• 1.2.4 毫秒延迟发光测定
• 1.2.5 抑制剂和解联剂的引入
• 1.2.6 类囊体膜的提取液和D1蛋白含量测定
• 1.2.7 叶片中ATP含量测定
• 1.2.8 低温荧光（77K）测定
• +再还原初速率的测定'>1.2.9 P700⁺再还原初速率的测定
• 1.3 数据处理及分析
• 2 结果与分析
• 2.1 不同水平的光温交互作用对叶绿素a荧光参数的影响
• 2.2 不同水平的光温互作用对D1蛋白含量的影响
• 2O₂的积累的影响'>2.3 不同水平的光温交互作用对叶片中H₂O₂的积累的影响
• 2.4 不同水平的光强与温度交互作用对叶片毫秒延迟发光的影响
• 2.5 不同水平的光温交互作用对叶片中ATP含量的影响
• 2.6 林可霉素和尼日利亚菌素对叶片ATP含量的影响
• 2.7 林可霉素和尼日利亚菌素对叶片D1蛋白含量的影响
• 2.8 不同水平的光温度交互作用对叶片光系统n和I及其比例的影响
• +再还原初速率的影响'>2.9 不同水平光温交互作用对温州蜜柑叶片P700⁺再还原初速率的影响
• 3 讨论
• 第五章 强光诱导的温州蜜柑叶片光抑制机理及D1蛋白周转的光保护机制
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 林可霉素的引入和不同光强处理
• 1.3 叶绿素荧光参数的测定
• 1.4 类囊体膜蛋白的提取和D1蛋白检测
• 1.5 数据处理及分析
• 2 结果与分析
• 2.1 温州蜜柑叶片叶绿素荧光参数的变化
• 2.2 荧光快相动力学曲线变化
• 2.3 温州蜜柑叶片D1蛋白含量的变化
• 3 讨论
• 第六章 结论
• 参考文献
• 作者简历及攻博期间发表论文