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光合作用是作物产量和品质形成的基础,逆境是限制光合作用的重要因素,其中高温和强光是我国长江流域夏季遭遇的主要逆境之一。自然条件下高温强光胁迫常常共同作用于植物的光合体系,引起光合作用的光抑制,甚至发生光合机构的不可逆破坏,但是高温强光双重胁迫对植物光合作用的影响机理仍不是十分清楚。本论文以3年生温州蜜柑(Citrus unishiu Marc.)为试材,利用气体交换和叶绿素荧光探针、蛋白质印记、DAB显色及离体引入外源H2O2和SA的技术与方法,研究了不同水平光温交互作用对温州蜜柑叶片光合机构运转的影响及其机理,进一步分析了高温强光对类囊体膜蛋白的影响及SA的保护作用。主要研究结果如下:
1.通过研究夏季晴天温州蜜柑光合机构运转的日变化,探讨高温强光交互作用对温州蜜柑叶片光合机构的影响及其机理。结果表明,高温强光胁迫同时存在的夏季晴天中午,在Pn降低的同时,Ci却明显上升,这说明非气孔因素是限制温州蜜柑光合作用的主要原因;同时,Fv/Fm、qP、ETR、ΦPSⅡ显著下降,D1、Deg1、CP47、CP43、cytf、Cytb6蛋白含量也大幅度降低,进一步表明夏季晴天温州蜜柑叶片发生的光合作用的光抑制与电子传递能力严重下降、部分光合机构受到破坏有关,但植物本身可以通过自身的防御机制来抵御光抑制。
2.在人工气候室内模拟四个不同水平光温条件(25℃适温800μmol photonm-2 s-1中等光强、25℃适温1600μmol photon m-2s-1强光、38℃高温800μmol photonm-2 s-1中等光强和38℃高温1600μmol photon m-2 s-1强光),并比较不同水平光温交互作用对温州蜜柑连体叶片光合机构运转的差异。结果表明,四种不同水平光温交互作用4 h后,仅高温强光交互作用后使Fo明显升高,Fv/Fm、ETR及ΦPSⅡ显著降低。同时,D1、Deg1、CP47、CP43、Cytf、Cytb6蛋白含量也下降,并伴随有H2O2的大量积累。由此可以推测高温强光交互作用打破了活性氧的产生与清除之间的动态平衡导致H2O2的积累,大量积累的H2O2可能是造成光合机构膜蛋白降解,进而引起氧化破坏和加剧光抑制的重要原因。
3.向离体叶片中引入外源H2O2和SA后,进一步探讨H2O2对温州蜜柑光合机构的影响及SA对高温强光下温州蜜柑光合机构的保护作用。经高温强光(38℃,1600μmol photon m-2s-1)处理30 min后,引入外源H2O2的叶片,Fv/Fm、ETR、ΦPSⅡ及D1、Deg1、CP47、CP43、cytf、cytb6蛋白下降幅度增大,而外源的SA使这些参数下降幅度减小。这些说明高温强光诱导H2O2的积累造成光系统反应中心D1蛋白的降解,进而使温州蜜柑PSⅡ反应中心遭到破坏,SA对光合机构光破坏有保护作用。