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植物吸收的光能主要用于碳同化、光呼吸、氮代谢和米勒反应(Mehler reaction),这四条途径的改变调控着植物对于光破坏防御能力。为了研究一氧化氮对植物光合激发能分配的调节机制,我们以杂交酸模:RumeXK-1(Rumex.patientia×Rumex.tianschaious)为实验材料,用与一氧化氮代谢相关的试剂(一氧化氮清除剂cPTIO、一氧化氮供体GSNO、一氧化氮合成酶抑制剂L-NAME)干涉植物体内一氧化氮的含量,研究了一氧化氮信号对于杂交酸模光能分配的调控。主要结果如下:
1、在正常水分条件下,一氧化氮清除剂cPTIO 显著降低了杂交酸模叶片的净光合速率(Pn)、实际光化学效率(ФPSII)、气孔导度(Gs)、用于碳同化的电子流(Je(PCR))、用于光呼吸的电子流(Je(PCO))、用于氮代谢的电子流(Ja(O2-independ))、羧化效率(CE)、硝酸还原酶(NR)活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、乙醇酸氧化酶(GO)活性和最大光化学效率(Fv/Fm);提高了用于Mehler 反应的电子流(Ja(O2-depend))和胞间二氧化碳浓度(Ci)。而一氧化氮供体GSNO能够逆转一氧化氮清除剂cPTIO 对于上述测定参数的影响,显示一氧化氮信号参与到了杂交酸模叶片的光能分配的调控,一氧化氮的清除不利于植物的有机物合成,减少了植物对于光能的利用,并且导致光抑制,而外源一氧化氮的加入可以使植物的有机合成得以恢复,光抑制得到减轻。
2、一氧化氮合成酶抑制剂L-NAME 同样可以降低杂交酸模的用于碳氮代谢的电子流和碳氮代谢的关键酶的活性,并且其下降幅度与一氧化氮清除剂cPTIO 处理植株的下降幅度相当,而一氧化氮供体GSNO 可以恢复一氧化氮合成酶抑制剂L-NAME 对于植物的影响,表明在杂交酸模叶片中合成一氧化氮的关键酶是一氧化氮合成酶,而L-NAME是通过抑制一氧化氮的合成来影响植物的光能分配。
3、在渗透胁迫冲击过程中,净光合速率(Pn)、实际光化学效率(ФPSII)、气孔导度(Gs)、用于碳同化的电子流(Je(PCR))、用于光呼吸的电子流(Je(PCO))、用于氮代谢的电子流(Ja(O2-independ))、羧化效率(CE)、Rubisco活化酶含量、硝酸还原酶(NR)活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、乙醇酸氧化酶(GO)活性和最大光化学效率(Fv/Fm)下降,用于Mehler 反应的电子流(Ja(O2-depend))和胞间二氧化碳浓度(Ci)上升,类似于缺乏一氧化氮现象,当补充外源一氧化氮后,上述参数得到恢复,显示一氧化氮参与了渗透胁迫下杂交酸模的光能分配的调控。
4、不同施氮量下的杂交酸模植株在渗透胁迫下表现出不同的能量分配组成,缺氮的植株和较高施氮量的植株碳氮代谢下降幅度较大,Mehler 反应(Ja(O2-depend))上升较为明显,光抑制程度较为严重,而中等施氮量下的植株光抑制程度较轻。而外施一氧化氮后,渗透胁迫下的生理指标都有了较为明显的恢复,显示在不同施氮量下,一氧化氮是调控杂交酸模抗旱性的重要信号物质。
5、一氧化氮信号是决定光合激发能优先分配到碳氮代Mehler的关键信号物质,Mehler 反应虽然可以耗散部分过剩光能,但不可避免的会产生大量活性氧,所以Mehler 反应并不是杂交酸模植物光破坏防御的首选机制。
6、本研究表明,在渗透胁迫下,杂交酸模植株通过改变Rubisco活化酶的含量来调控Rubisco的活性,进而实现对光合激发能向碳代谢上的调节。