红光对番茄光合作用启动过程的系统调控机制

发布时间：2018-07-16 20:28

【摘要】：提高光合作用是作物获得高产的重要基础。光合作用启动速率是决定植物能否充分利用短暂光照、影响植株整体光合作用的重要因素。系统调控是植物生长发育和逆境响应的重要调控机制。植物光合作用及其启动过程也存在系统调控现象。然而关于光对植物光合作用启动过程系统调控的影响和机制并不清楚。本文以重要设施蔬菜番茄(Solanum lycopersicum L.)为材料,利用嫁接技术、病毒诱导的基因沉默技术(VIGS)和RNA干涉技术,从IAA信号、H202信号和环式电子传递调控的角度探讨了光对番茄叶片光合作用启动过程系统调控的生理与分子机制。所得主要结果如下：1.研究了番茄叶片光合作用启动过程系统调控的特征。为了明确番茄叶片光合作用启动过程存在系统调控,我们将番茄植株按叶片展开顺序依次标记为1-6号叶片,设定4号叶片为目标检测叶片,以整株黑暗为对照,对顶部、5和6号叶片、第1-3号叶片三个不同部位分别处理30min的白光(300μmolm-2s-1)之后在1500μmolm-2s-1光强下检测目标叶片在30分钟内的光合作用启动过程。结果表明,顶部照光处理能够促进目标叶片光合作用启动,净光合速率达到最大净光合速率50%和90%的时间T50和T90分别由8.17min降到4.30min；19.7 min降到14.7min。然而目标叶片以上叶片(5和6号叶片)和下部叶片(1-3号叶片)光照处理不能改变T50和T90,表明只有顶部照光能够产生系统信号促进下部目标叶片光合作用启动。为了研究光信号对光合作用启动的系统调控,我们对番茄顶部处理不同波长的光,黑暗作为对照,结果表明,红光促进、远红光则抑制下部目标叶片光合作用启动,其他光质处理与对照相比无显著性差异。试验检测了光受体信号在光合作用启动过程中的系统调控作用,将突变体光敏色素phyA、phyB1B2和隐花色素cry1作为接穗嫁接到野生型WT上,获得四组嫁接材料WT/WT、phyA/WT、phyB1B2/WT和cry1/WT。顶部白光处理使WT/WT, phyA/WT and cry1/WT下部野生型目标叶片光合作用启动速率加快,而顶部白光处理的效果在phyB1B2/WT中消失,T50和T90与对照相比没有显著差异。以上结果证明,顶部白光处理对下部目标叶片光合作用启动的系统调控依赖于phyB。2.研究了生长素在光系统调控番茄叶片光合作用启动过程中的作用。顶部白光处理显著增加了WT/WT, phyA/WT和cry1/WT顶部和下部目标叶片中生长素含量,并上调了顶端生长素合成基因FZY和运输基因PIN1、下部目标叶片生长素信号基因IAA15的表达,而对phyB1B2/WT嫁接植株中以上指标没有影响。顶端处理白光和红光30min后,番茄转基因材料DR5：：GUS根尖GUS着色明显加深；相反,远红光处理后,根尖GUS着色明显减弱,蓝光处理对根尖GUS着色不产生影响。顶部白光处理30分钟后,番茄DR5：：GUS嫁接植株WT/DR5::GUS,phyA/DR5::GUS和cryllDR5::GUS根尖GUS着色明显加深,而phyB1B2/DR5::GUS根尖GUS着色没有明显变化。以上结果表明,phyB参与了光调控的生长素在番茄顶端合成以及生长素信号由顶端至下部叶片和根部的传输。与顶部白光处理效果相似,黑暗下顶部处理生长素(IAA)也能促进下部目标叶片光合作用启动。而茎尖处理生长素运输抑制剂(NPA),顶部白光处理促进下部叶片光合作用启动的效果消失。顶部白光处理对下部目标叶片光合作用启动的促进效果在生长素不敏感突变体dgt嫁接植株dgt/WT中消失,T50和T90没有显著变化。以上结果表明,phyB调控的生长素参与了光对番茄叶片光合作用启动过程的系统调控。此外,本章还发现正常温度下环境R：FR比例变化对番茄叶片ABA和JA含量没有显著性影响。3.研究了H202在生长素介导的光系统调控番茄叶片光合作用启动过程中的作用。顶部白光处理30分钟后,WT/WT, phyA/WT和cry1/WT下部目标叶片与对照相比NADPH氧化酶编码基因RBOH1和H202含量显著增加,而phyB1B2/WT和dgt/WT下部目标叶片RBOH1表达和H202含量没有显著变化。H202亚细胞定位结果显示,H202主要在叶肉细胞的细胞壁背壁积累。以上结果表明,顶部白光处理导致的下部目标叶片质外体H202增加依赖于生长素信号。试验进一步构建了RBOH1-RNAi突变体材料,并将其作砧木与野生型嫁接,获得三组嫁接材料WT/WT、WT/rboh1和rboh1/rboh1来检测RBOH1基因在光系统调控光合作用启动过程中的作用。结果表明WT/rboh1和rbohllrboh1嫁接植株顶部白光处理对下部目标叶片光合作用启动的促进作用消失。以上结果证明,生长素诱导的H202在光系统调控番茄光合作用启动过程中发挥重要作用。4.研究了环式电子传递在光系统调控番茄光合作用启动过程中的作用。为探究H202在光系统调控番茄光合作用启动过程的作用机制,我们检测了顶部白光处理之后,WT/WT、WT/rbohl and rbohl/rboh1嫁接植株下部目标叶片的环式电子传递(CEF)。结果表明,对照条件下,下部目标叶片CEF很弱,顶部白光处理后,WT/WT下部目标叶片CEF显著增强,而WT/rboh1和rboh1/rboh1中CEF仍然很弱,顶部白光处理对WT/rboh1和rboh1/rboh1嫁接植株下部目标叶片CEF没有促进效果。顶部白光处理对下部目标叶片CEF促进效果在phyB1B2/WT和dgt/WT嫁接植株中消失,但促进效果在phyA/WT and cry1/WT嫁接植株中依然存在。因此,以上结果表明,顶部白光处理对下部目标叶片CEF的促进作用依赖于RBOH1编码酶NADPH氧化酶产生的H202。CEF通过ATP产生来促进光合作用。与CEF变化趋势一致,顶部白光处理之后,WT/WT, phyA/WT和cry1/WT下部目标叶片中ATP含量与对照相比增加了47.2%-57.7%。而phyB1B2/WT、dgt/WT、WT/rboh1和rbohllrboh1嫁接植株下部目标叶片ATP含量与对照相比均没有显著性差异。试验进一步沉默了番茄CEF调控途径中NDH-M亚基编码基因ORR,来检测CEF在光系统调控番茄光合作用启动过程中的作用。沉默材料pTRV-ORR中ORR基因表达量与对照植株(pTRV)相比下调了68.7%。ORR基因沉默后,顶部白光处理对下部目标叶片光合作用启动和CEF的促进效果消失,但是,下部目标叶片中H202含量与对照相比仍显著增加。因此,CEF在顶部光照系统调控番茄叶片光合作用启动中发挥着重要作用,顶部光照对下部目标叶片CEF的促进依赖于生长素调控的H2O2信号。
[Abstract]:The physiological and molecular mechanism of photosynthesis of tomato leaves was studied by means of grafting , H202 and loop electron transfer . The results showed that the photosynthetic rate reached 50 % and 90 % of the photosynthetic rate decreased to 4.30min .
In order to study the effect of the light signal on the photosynthesis of the lower target blade , the effect of the top white light treatment on the photosynthetic activation of the lower target blade was studied . The results showed that the top light treatment had no significant difference compared with the control . The results showed that the light receptor signal had no significant difference compared with the control . The results showed that the light receptor signal had no significant difference compared with the control .
The results showed that the effects of plant growth hormone ( WT / WT , phyA / WT and cry1 / WT ) on photosynthetic activation of tomato leaves were observed . The ATP content in the lower target leaves of WT / WT , phyA / WT , WT / rboh1 and rbohllrboh1 increased by 47.2 % - 57.7 % compared with control .
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S641.2

【参考文献】