荫蔽下光强和光质对大豆幼苗形态及光合特性的调控机制

发布时间：2020-07-13 15:12

【摘要】：在玉米-大豆带状套作栽培模式下,高位作物玉米会对低位作物大豆造成荫蔽,而荫蔽不仅是光强减弱还伴随着红光/远红光比值下降,为明确大豆形态及光合特性对荫蔽下光强和光质变化的响应特征,以南豆12为材料,设置4个不同的光环境处理分别为:正常光照(CK),正常光照+远红光(A1),弱光(A2),弱光+远红光(A3)。研究荫蔽下光强和光质对大豆形态、叶片结构及光合特性的影响,分析不同光环境对大豆叶片光合作用相关的差异表达蛋白的调控机制,为提高套作大豆产量提供理论依据。主要结果如下:1.就形态而言,弱光条件下,A2,A3处理大豆株高显著增加,分别比对照处理增加了94.54%和81.20%;但茎粗显著低于对照处理,分别减少了19.76%和17.33%。低红光/远红光比值能增加大豆幼苗叶柄长度,A1处理下各叶柄长度分别显著高出对照77.67%、30.97%、35.74%、58.77%。2.荫蔽下光强和光质对大豆叶片及叶绿体结构影响如下:A1处理下大豆叶片栅栏组织、海绵组织较对照处理下降了17.66%和10.26%。A2处理栅栏组织和海绵组织厚度分别为对照处理的46.63%和62.14%,叶片厚度显著降低32.92%。A3处理栅栏组织分化受到严重抑制,比对照处理减少了51.73%,叶片厚度显著低于对照处理。弱光能明显改变大豆叶绿体形状、减少淀粉粒面积和数量,增加基粒片层垛叠程度。在正常光下降低红光/远红光比值,大豆叶绿体形态差异不大,但叶绿体内淀粉粒面积显著增加。3.光环境变化引发大豆叶片光合特性改变:与对照相比,A1处理大豆叶片随着气孔导度和胞间CO_2浓度的增加,净光合速率显著提高;A2、A3处理叶片气孔导度和胞间CO_2浓度都增大,但净光合速率显著降低。正常光添加远红后大豆叶片叶绿素a含量减少,类胡萝卜素含量增加;弱光条件及弱光添加远红光下两个处理叶绿素a含量和叶绿素a/b降低,叶绿素b含量增加。4.利用iTRAQ技术在不同光环境下的大豆叶片中筛选出了定位在叶绿体中的20个与光合作用相关的差异表达蛋白,主要涉及卟啉与叶绿素生物合成代谢途径、捕光色素蛋白复合体代谢途径、光合磷酸化和蔗糖淀粉代谢途径。当只减少光强时,大豆叶片原叶绿素酸酯合成酶,铁氧还原蛋白、质体蓝素以及叶绿素a/b蛋白复合体都表达上调。而在只降低红光/远红光比值条件下,原叶绿素酸酯还原酶以及捕光色素蛋白复合体表达下调。在蔗糖淀粉代谢途径中,只减弱光强使蔗糖合酶与颗粒结合淀粉合成酶上调,而在低红光/远红光比值条件下,未发现与之相关的差异蛋白。在弱光和低红光/远红光比值共同变化的条件下,大豆叶片中主要参与蔗糖生成的蔗糖合酶表达上调以及促进淀粉生成的葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶下调。综合以上研究结果,在弱光和低红光/远红光比值环境下,大豆通过调控自身形态、叶片结构、光合特性及光合代谢途径中蛋白质差异表达来适应光环境的变化。
【学位授予单位】：四川农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S565.1
【图文】：

解剖结构,远红光,弱光,上表皮

图 2 荫蔽下光强和光质对大豆叶片解剖结构的影响Fig.2 Influence of shading light intensity and light quality on soybean leaf anatomy、A1、A2、A3 分别代表正照、正常光+远红光、弱光、弱光+远红光下的大豆; Ue:上表皮，Pt:栅栏组织，St:海绵, A1, A2, and A3 respectively represent soybean processing under normal light, normal light and far red light, low lighht; Ue: upper epidermis, Pt: palisade tissue, St:sponge tissue, Le: lower epidermis.表 6 荫蔽下光强和光质对大豆叶片解剖结构的影响Table 5 Influence of shading light intensity and light quality on soybean leaf anatomyent叶片厚度（μm）Leaf thickness栅栏组织厚度（μm）Palisade tissue海绵组织厚度（μm）Sponge tissue上表皮厚度（μm）Upper epidermis下表Low124.85±0.51a 61.13±0.74a 15.19±0.53a 15.56±0.40a 1119.04±1.81a 50.51±0.87b 13.63±0.14b 12.90±0.30b 183.74±6.90b 28.51±0.97c 9.44±0.17c 9.13±0.26c 789.88±2.40b 29.51±2.10c 13.89±0.54b 13.39±0.41b 7列中，不同大小写字母的值差异分别达 0.05 显著水平。CK、A1、A2、A3 分别代表正照、正常光+远红光、弱光豆。

叶绿体超微结构,光质,光强,淀粉粒

分别减小了 29.36%和 28.78%。A1、A2、A3 处理叶绿体面积显著低于对照，且 A2、A3 处理叶绿体面积显著小于 A1 处理。10k 倍电镜下单个叶绿体中，单独添加远红光 A1 处理淀粉粒个数多于 CK 处理，总淀粉粒面积显著大于对照，是 CK处理淀粉粒面积的 1.36 倍；淀粉粒面积/叶绿体面积比值最大，达 67%显著高于对照；基粒片层厚度小于 CK 处理。弱光下，A2 处理，淀粉粒个数、总淀粉粒面积显著小CK 处理，只有 CK 处理的 59.47%和 17.92%，淀粉粒/叶绿体面积比值比 CK 处理减少了 43%，基粒片层堆叠程度增加，基粒片层厚度比 CK 处理增加了 75.75%。弱光添加远红光 A3 处理较 A2 处理，淀粉粒个数、总淀粉粒面积、淀粉粒/叶绿体面积比值稍减小，基粒片层厚度增加，但差异不显著；而淀粉粒个数显著少于 CK 处理和A1 处理，总淀粉粒面积和淀粉/叶绿体面积比值最小，总淀粉粒面积只有 CK 处理和A1 处理的 12,89%和 9.57%，基粒片层厚度最大，显著高于 CK 处理和 A1 处理，分别是它们的 1.85 倍和 1.97 倍。C

光质,叶绿体超微结构,光强,远红光

图 4 荫蔽下光强光质对大豆叶片叶绿体超微结构的影响Fig.4 Influence of shading light intensity and light quality ultrastructure of chloroplast (10K)注： CK、A1、A2、A3 分别代表正照、正常光+远红光、弱光、弱光+远红光下的大豆;，St: 淀粉粒，Sl:基粒片层。Note: CK, A1, A2, and A3 respectively represent soybean processing under normal light, normal light and far red light, low light, low light andfar red light; St:Starch grain, Sl:Stroma lamellae.表 7 荫蔽下光强光质对的大豆叶绿体超微结构的影响Table 7 Influence of shading light intensity and light quality on ultrastructure of chloroplast (10k)注：同一列中，不同大小写字母的值差异分别达 0.05 显著水平。CK、A1、A2、A3 分别代表正照、正常光+远红光、弱光、弱光+远红光下的大豆处理。理叶绿体数叶绿体长度叶绿体宽度叶绿体面积淀粉粒数总淀粉粒面积淀粉粒面积/叶绿体面积基粒片atmentChloroplastnumber(个)Chloroplastlength(μm)Chloroplastwidth(μm)Chloroplastarea(μm2)Chloroplastnumber(个)Chloroplastarea(μm2)Starch/Chloroplastarea rationGrthic(μCK 4.67±0.33a 6.08±0.34a 3.44±0.005a 12.90±0.42a 5.33±0.33a 6.36±0.28b 0.57±0.024b 0.33±A1 4.33±0.33a 4.98±0.46a 2.76±0.16ab 11.08±0.07b 5.83±0.17a 8.65±0.08a 0.67±0.029a 0.31±A2 4.33±0.33a 5.69±0.41a 2.43±0.43b 7.98±0.35c 3.17±0.17b 1.14±0.04c 0.14±0.003c 0.58±A3 4.67±0.67a 5.78±0.67a 2.45±0.35b 8.12±0.17c 2.67±0.33b 0.82±0.09c 0.10±0.011c 0.61±

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