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本文以潮间带典型褐藻—鼠尾藻为研究对象,通过叶绿素荧光与高效液相色谱技术,考察光照与脱水胁迫下叶绿素荧光、紫黄素循环(V-cycle)环氧化和脱环氧化动力学,分析V-cycle在抵御环境胁迫中扮演的重要角色。主要研究结果如下:1.鼠尾藻紫黄素循环对脱水与光照胁迫的响应差异 通过叶绿素荧光与高效液相色谱技术,考察鼠尾藻萌发孢子体荧光参数和V-cycle组分的动态变化,检验V-cycle对光照与脱水胁迫的响应差异。结果显示:尽管V-cycle脱环氧化状态(DPS)随胁迫强度的增加而增大,强脱水胁迫诱导的DPS却仅为高光下的1/10。二硫苏糖醇(DTT)的添加,抑制了强脱水胁迫诱导的非光化学淬灭(NPQ)的55%,表明依赖V-cycle的淬灭在NPQ中仅占55%。脱水胁迫诱导的NPQ也较低,强脱水胁迫诱导的NPQ仅为高光下的1/6。再复水期间,DPS无显著的增长并对DTT不敏感,表明此期间V-cycle色素滞留。另外,强脱水胁迫下光化学淬灭(qP)和有效量子产量(ΦPSII)经150min完全恢复至初始值。然而,依赖V-cycle的热耗散有效地保护了高光胁迫下的鼠尾藻萌发孢子体,使其qP和ΦPSII仅100min便恢复至初始值。以上结果表明,鼠尾藻萌发孢子体耐受强光胁迫可能与光敏感的V-cycle有关。而脱水不敏感的V-cycle不足以在强脱水的条件下使光合作用维持较高水平,这可能与鼠尾藻不耐受脱水胁迫有关。 2.光照与脱水胁迫对紫黄素循环的交互影响 采用析因设计,考察鼠尾藻叶绿素荧光和V-cycle脱环氧化动力学,分析光照与脱水对V-cycle的交互影响。基于效应大小估计,脱水是影响鼠尾藻ΦPSII的首要因素;NPQ和DPS对光照更敏感。预光照显著提高脱水胁迫期间NPQ和DPS水平,表明预光照可提高鼠尾藻对脱水胁迫的防御能力;中度脱水显著提高随后光照期间NPQ和DPS水平,意味着适度脱水可提高鼠尾藻对光照胁迫的防御能力;光照与脱水叠加时,ΦPSII被严重抑制,NPQ与DPS较低。基于这些结果,推测光照与脱水交互作用下,鼠尾藻应对随后胁迫的防御能力的增强可能与色素滞留有关。为进一步验证猜测,设计预光照后强光与高等程度脱水叠加的实验。预光照后,色素累积,强胁迫叠加诱导的NPQ和DPS均显著提高,进一步表明,色素滞留可加速热耗散及V-cycle脱环氧化水平,从而提高鼠尾藻对环境胁迫的防御能力。色素滞留可确保对胁迫因子的“记忆”,从而短时间内驱动更高效的V-cycle与热耗散。这可能是鼠尾藻响应潮间带快速变化环境因素的适应机制。 3.紫黄素循环与抗氧化系统的协调关系 本文探究了鼠尾藻V-cycle和抗氧化系统对强光,脱水,先强光后脱水以及强光与脱水叠加的响应。结果表明:四种胁迫条件下,DPS和总抗氧化能力(T-AOC)均上调;V-cycle的脱环氧化先于抗氧化系统发挥保护作用。强光胁迫下,低水平的最大量子产量(Fv/Fm)和ΦPSII意味着光系统II(PSII)钝化严重。同时,依赖V-cycle的热耗散逐渐增加,最终保持较高水平。低水平的超氧阴离子和过氧化氢表明氧化胁迫程度轻,因此,T-AOC也保持较低水平。然而,脱水胁迫下,高水平的T-AOC,氧化型谷胱甘肽和氧化型的抗坏血酸表明严重的氧化胁迫以及较强的氧化胁迫抵御能力。低水平的DPS表明脱水胁迫下V-cycle发挥的保护作用有限。这些结果表明V-cycle对光照更敏感,而抗氧化系统对脱水更敏感。先光照后脱水时,抗氧化系统活性的增加显著高于V-cycle的脱环氧化。因此,V-cycle与抗氧化系统相互协调以响应不同的环境胁迫。另外,先光照后脱水时,预光照降低脱水期间光抑制和氧化胁迫的程度,表明预光照可能提高鼠尾藻对脱水胁迫的耐受性。这一结果可用于鉴定潮间带环境中具有较强竞争能力的种类。