利用瞬时荧光、延迟荧光、P700和循环电子传递信号探测干旱胁迫对苗期玉米光合的影响

发布时间：2020-04-27 08:18

【摘要】：玉米(ZeamaysL.)是我国重要的粮、饲、能兼用作物,其在保障我国粮食生产安全中起着重要的作用。干旱是目前农业生产中最为常见的非生物逆境胁迫之一,干旱缺水严重影响玉米的光合作用和籽粒产量。在植物光合作用的光反应过程中,叶绿体内的天线色素吸收光能驱动水分子氧化释放电子,一部分电子进入线性电子传递链,即从放氧复合体(OEC)传递给光系统II(PSII),再由PSII经一系列中间电子传递体,如PQ库和细胞色素b6f复合体,传递给光系统I(PSI),最后从PSI末端传递给NADPH+,生成NADPH和ATP;另一部分电子进入循环电子传递链,即由PSI末端经PQ库回流到PSI,该过程能形成跨膜质子梯度,偶联生产ATP。尽管当前己有大量研究发现,干旱胁迫影响玉米的光合作用,但有关干旱胁迫对光反应中电子传递链及相关组分的影响却知之甚少。研究光合电子传递链及其组分对干旱胁迫的响应有助于阐明干旱条件下玉米光合作用的变化情况和调控机制,可为玉米耐旱育种提供新的思路和途径。本研究以耐旱玉米杂交种先玉335和敏感玉米杂交种农大95为材料,测定瞬时荧光(OJIP)曲线、延迟荧光(DF)曲线、820nm光反射(MR/MRo)曲线、PSII和PSI能量转换效率以及循环电子传递信号(CEF),研究干旱胁迫对玉米光合电子传递链及相关组分的影响,旨在确定干旱胁迫对玉米光合电子传递链作用的靶位点,并研究循环电子传递途径与玉米耐旱能力的相关性。主要结果如下:(1)瞬时荧光分析结果显示,干旱处理后,OJIP原始曲线P点下移且I-P段下降,O-P标准化处理后J点明显抬高,并出现阳性的K-band和L-band,说明干旱胁迫会增加PSII天线色素的非辐射耗散、削减PSII反应中心的数量、破坏PSI受体侧的电子传递能力并使叶绿素蛋白变性降解,降低QA处的电子传递效率,破坏了 PSII放氧复合体、削弱了 PSII供体侧的电子传递能力、降低了 PSII反应中心间的连通性。与耐旱杂交种相比,敏感杂交种OJIP原始曲线P点的下降幅度更大,标准化后J点抬高更明显,同时伴随I点的抬高,K-band与L-band峰值出现的时间也提前3天。说明干旱胁迫对敏感杂交种PSII活性的破坏程度大于耐旱材料。(2)820nm光反射曲线分析结果显示,干旱处理后,两个杂交种MR/MRo曲线的最低点后移,上升阶段逐渐消失,说明干旱胁迫会降低PSI的还原活性。在试验末期,敏感杂交种MR/MRo曲线的后期缓慢上升阶段完全消失,而耐旱杂交种MR/MRo曲线的上升阶段仍然存在,说明干旱胁迫对敏感杂交种PSI还原活性的破坏程度大于耐旱杂交种。(3)延迟荧光诱导曲线和衰减曲线分析结果显示,干旱处理后,两个杂交种的延迟荧光诱导曲线的I1点和I2点下降,衰减曲线的拟合参数L1、L2和L3下降,说明干旱胁迫降低了 PSII反应中心的活性和PSII供/受体侧电子传递能力;对延迟荧光诱导曲线进行Do-I1标准化后发现,敏感品种农大95的I2/I1上升,耐旱品种先玉335的I2/I1无明显变化,说明干旱胁迫对敏感杂交种PSII活性反应中心和PSII供体侧电子传递能力的破坏程度大于耐旱杂交种。(4)PSII和PSI能量转化效率分析结果显示,干旱处理后,两个杂交种的PSII最大光化学效率Y(II)、PSI最大光化学效率Y(I)、PSII调节性能量耗散的量子产量Y(NPQ)、PSI由于供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(ND)下降,PSII非调节性能量耗散的量子产量Y(NO)和PSI由于受体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(NA)上升。说明干旱胁迫会影响玉米PSII和PSI的能量转化过程,降低PSII和PSI的光化学效率,抑制了光系统的主动能量耗散途径—叶黄素循环,减少最终传递到PSI供体侧的电子数量,激发了光系统的被动热耗散,破坏了 PSI受体侧的电子转运蛋白。与耐旱杂交种相比,敏感杂交种的参数受干旱胁迫诱导变化更加明显,说明干旱胁迫对敏感杂交种PSII和PSI能量转化过程的影响大于耐旱材料。(5)循环电子传递信号分析结果显示,干旱处理后,两个杂交种的循环电子传递强度随干旱胁迫的加剧而降低,说明干旱胁迫会降低循环电子传递的强度。与耐旱杂交种相比,敏感杂交种的循环电子传递强度受干旱胁迫影响更大,循环电子传递强度差异可能是造成两个杂交种光合系统对干旱胁迫响应不同的重要原因。
【图文】：

曲线,叶绿素荧光,淬灭,曲线

此时植物绿色组织仅能以热耗散和叶绿素荧光的形式去激，通过测量激发饱和脉冲逦。逡逑光前后的荧光差值，可以求出热耗散的能量，从而研究光化学淬灭和化学淬灭。逡逑图１．１所示为借助ＰＡＭ荧光仪，使用饱和脉冲法测量的荧光诱导曲线。该方法测量的逡逑步骤如下：首先将样品充分暗适应，打开测量光ＭＬ，可以测得暗适应下的最小荧光Ｆ0邋（图逡逑１．１），紧接着施加一个持续０．２至１秒的饱和脉冲光ＳＰ，从而测得暗适应后的最大荧光逡逑Ｆｍ邋（图１．１）。根据Ｆ0和Ｆｍ可以计算出ＰＳＩＩ的最大光化学效率Ｆｖ／Ｆｍ＝（Ｆｍ－Ｆ0）／Ｆｍ。随逡逑后ＰＡＭ仪器会对样品施加光化光ＡＬ对其进行光合诱导，并间隔施加饱和脉冲。施加饱逡逑和脉冲光时，会阻断光化学反应途径，此时天线色素吸收的光能只能以叶绿素荧光和热能逡逑的形式耗散，此时获取的叶绿素荧光峰值为Ｆｍ’（图１．１），而开启饱和脉冲前测得的荧光逡逑值为Ｆ。根据Ｆｍ’和Ｆ可以计算当前光照状态下ＰＳＩＩ的实际光合效率Ｙ（ＩＩ）＝ＡＦ／Ｆｍ’＝（Ｆｍ’－逡逑Ｆ）／Ｆｍ’，它反映了邋ＰＳＩＩ当前的实际光能转化效率。该测量方法的最后会关闭作用光，打逡逑开远红光，测量光适应叶片的最小荧光Ｆｏ’（图１．１）。从图１．１中可以看出，在荧光诱导逡逑过程中

干旱处理,清水,土壤含水量,对照组

Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｏｉｌ邋ｗａｔｅｒ邋ｃｏｎｔｅｎｔ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄｒｏｕｇｈｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ邋ｇｒｏｕｐ邋ａｎｄ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｇｒｏｕｐ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋０ｔｈ，邋３ｒｄ，邋６ｔｈ，邋９ｔｈ，邋１２ｔｈ逡逑ａｎｄ邋１５ｔｈ邋ｄａｙｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄｒｏｕｇｈｔ邋ｏｒ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．逡逑图２．２Ａ为农大９５与先玉３３５在干旱处理０天、６天、９天和１５天后的长势图。随着逡逑干旱胁迫的加剧，，两个玉米品种的生长均受到了明显抑制，在对照处理中两个玉米品种的逡逑长势正常（图２．２Ａ）。将相同处理时长的农大９５与先玉３３５幼苗进行比较发现，整个干逡逑旱处理过程中先玉３３５受到的胁迫没有农大９５严重。农大９５叶片在干旱处理第６天出现逡逑轻微的失水卷曲现象，第９天出现较为明显的失水卷曲现象，第１５天植株有倒伏；先玉逡逑３３５叶片在千旱处理第９天出现失水卷曲现象，失水卷曲程度相对较小，在干旱处理第１５逡逑天时植株仍未倒伏（图２．２Ａ）。逡逑
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S513

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