不同吸光特性的棉花环式电子流调控和热耗散机制的研究
发布时间：2021-02-15 19:12
植物吸收的光能往往超过植物进行碳同化的需求,从而产生大量过剩激发能,破坏PSII的反应中心。为了防止光损伤的发生,植物将启动一系列的光破坏防御机制以维持光能吸收与利用的平衡关系。围绕PSI的环式电子流是近些年来备受关注的光保护机制。环式电子流能够促进跨类囊体膜质子梯度（△pH）的建立,驱动ATP合成酶合成ATP,加快光破坏的修复,使类囊体腔酸化,激发PSII侧处的热耗散,稳定放氧复合体等,从而保护PSII不会因过度还原而造成伤害。棉花是新疆最重要的经济作物,在生长季节会经历高光、干旱等环境条件。本研究从叶片吸收光能特性的差异为着眼点,选取叶绿素含量和和花青素含量不同且吸收光能差异较大的棉花为试验材料,研究不同棉花光合性能以及围绕PSI的环式电子流的差异,明确棉花叶片不同吸光特性对光合性能的影响以及为维持光合机构的稳定运行所启动的光保护机制,揭示吸光能力的差异与光保护机制的关系,研究结果可为棉花高光效育种提供科学依据。主要研究结果如下:（1）研究不同叶绿素含量的棉花光合性能的差异。选取叶绿素含量差异较大的棉花为试验材料,测定了叶绿素含量、类胡萝卜素含量、类胡萝卜素/总的叶绿素、气体交换参...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
环式电子传递Fig.1-1cyclicelectronflow
不同吸光特性的棉花环式电子流调控和热耗散机制的研究5环式电子传递主要是指传递到PSI受体侧电子通过Fd传递到PQ库或色素蛋白复合体Cytb6f重新返回到PSI的电子传递过程图1-1（Bendalletal.，1995；Shikanaietal.，1998；Johnsonetal.，2011）。在叶绿体中，有两种途径被认为参与了围绕PSI的环式电子传递（Endoetal.，1997，1998；Munekageetal.，2004），一种是NAD(P)H脱氢酶复合体(NDH)介导的环式电子流（Wangetal.，2006；Katoetal.，2017），另一种质子梯度调节蛋白(PGR5)介导的环式电子流（Munekageetal.，2002；Alricetal.，2014）。研究表明，仅仅缺失NDH途径，虽然能够正常生长但是某些功能受到限制，NDH和PGR5途径同时缺失，电子传递速率明显降低，植株生长明显受到抑制，因此NDH介导的环式电子流和PGR5介导的环式电子流对植物的生长发育起着至关重要的作用（Munekageetal.，2004）。图1-1环式电子传递Fig.1-1cyclicelectronflow2.2.1PGR5介导途径PGR5介导的环式电子传递（参考图1-2）（薛娴等，2017）：传递到PSI受体侧电子通过Fd传递到PGR5/PGRL1进而传递给PQ库或色素蛋白复合体Cytb6f，从而形成围绕PSI的环式电子流（Bendalletal.，1995）。整个过程可以简要表示为：图1-2PGR5介导的环式电子传递Fig.1-2PGR5meditatedcyclicelectronflow
不同吸光特性的棉花环式电子流调控和热耗散机制的研究6PGR5介导的环式电子传递不能形成NADPH，有ΔpH和ATP的生成。PGR5介导的环式电子传递能够建立ΔpH驱动热耗散过程从而保护光合机构免受光损伤（Munekageetal.，2002；李娜等，2016）。2.2.2NDH介导途径而另一条是NAD(P)H脱氢酶（NDH）介导的环式电子传递途径（参考图1-3）（Endoetal.，1998；Shikanaietal.，1998；Wuetal.，2011，2012）。传递到PSI受体侧电子通过Fd传递到NDH进而传递给PQ库或色素蛋白复合体Cytb6f，从而形成围绕PSI的环式电子流，其过程可以简要表示为：图1-3NDH介导的环式电子传递Fig.1-3NDHmeditatedcyclicelectronflowNDH介导的环式电子能够生成NADPH和ATP（梅杨等，2007）。近些年来关于NDH途径及调控机制的研究也受到了广泛关注。其主要的功能有：NDH介导的环式电子流能够加快NADPH的消耗来调节NADPH/ATP的比例（姚正菊等，2003；米华玲，2016；薛娴等，2017）；可以快速消耗NADPH防止光系统过度还原，并且调控的叶绿体呼吸也可以消耗一部分激发能，来减少活性氧的产生（王鹏等，2006），从而维持光合机构的正常运转。NDH能够建立ΔpH，激发叶黄素循环的热耗散耗散过剩光能，减轻光抑制（Lietal.，2004）；还能通过调节气孔从而增加胞间CO2浓度，促进光合碳同化的稳定运行（Horváthetal.，2000）；在高温下还能产生ΔpH为碳同化的进行提供ATP，一定程度减轻高温对碳同化的抑制（王鹏等，2006）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一个番茄EMS叶色黄化突变体的叶绿素含量及光合作用[J]. 杨小苗,吴新亮,刘玉凤,李天来,齐明芳. 应用生态学报. 2018(06)
[2]密植对薄荷叶片光系统Ⅱ功能的影响[J]. 李涛,姜闯道. 植物生理学报. 2017(07)
[3]棉花花铃期低温对叶片PSI和PSII光抑制的影响[J]. 肖飞,杨延龙,王娅婷,马慧,张旺锋. 作物学报. 2017(09)
[4]土壤水分亏缺下棉花叶片光破坏防御机制研究进展[J]. 易小平,张亚黎,姚贺盛,张旺锋. 植物生理学报. 2017(03)
[5]植物光合作用循环电子传递的研究进展[J]. 薛娴,许会敏,吴鸿洋,沈应柏,肖建伟,万迎朗. 植物生理学报. 2017(02)
[6]低浓度NaHSO3促进拟南芥PGR5/PGRL1介导的循环电子传递途径的运转[J]. 李娜,韦嘉励,李庆华,米华玲. 植物生理学报. 2016(11)
[7]类囊体膜NAD（P）H脱氢酶复合体调控光合作用的研究进展[J]. 米华玲. 植物生理学报. 2016(10)
[8]红色幼叶的适应意义探讨[J]. 陈颖卓,黄至欢. 生物多样性. 2016(09)
[9]水稻热耗散对逆境的响应[J]. 赵霞,杨华伟,刘然方,陈婷婷,奉保华,张彩霞,杨雪芹,陶龙兴. 中国水稻科学. 2016(04)
[10]紫丁香叶片发育过程中花色素苷含量与叶绿素荧光和激发能分配的关系[J]. 田野,张会慧,张秀丽,王娟,齐飞,孙广玉. 南京林业大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]基于计算机视觉的棉花干旱诊断研究[D]. 王娟.石河子大学 2014
[2]四季秋海棠（Begonia semperflorens）叶片中花色素苷的光保护作用和低温诱导机理[D]. 张开明.浙江大学 2010
硕士论文
[1]棉花花铃期叶片PSⅡ和PSⅠ光抑制及对低温的响应[D]. 肖飞.石河子大学 2017
[2]两个不同叶色棉花品种光合功能对高温胁迫的响应差异及机理[D]. 窦慧杰.南京农业大学 2011
[3]光强对罗勒叶中花青素含量及光合特性的影响[D]. 李运丽.南京农业大学 2011
本文编号：3035395
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
环式电子传递Fig.1-1cyclicelectronflow
不同吸光特性的棉花环式电子流调控和热耗散机制的研究5环式电子传递主要是指传递到PSI受体侧电子通过Fd传递到PQ库或色素蛋白复合体Cytb6f重新返回到PSI的电子传递过程图1-1（Bendalletal.，1995；Shikanaietal.，1998；Johnsonetal.，2011）。在叶绿体中，有两种途径被认为参与了围绕PSI的环式电子传递（Endoetal.，1997，1998；Munekageetal.，2004），一种是NAD(P)H脱氢酶复合体(NDH)介导的环式电子流（Wangetal.，2006；Katoetal.，2017），另一种质子梯度调节蛋白(PGR5)介导的环式电子流（Munekageetal.，2002；Alricetal.，2014）。研究表明，仅仅缺失NDH途径，虽然能够正常生长但是某些功能受到限制，NDH和PGR5途径同时缺失，电子传递速率明显降低，植株生长明显受到抑制，因此NDH介导的环式电子流和PGR5介导的环式电子流对植物的生长发育起着至关重要的作用（Munekageetal.，2004）。图1-1环式电子传递Fig.1-1cyclicelectronflow2.2.1PGR5介导途径PGR5介导的环式电子传递（参考图1-2）（薛娴等，2017）：传递到PSI受体侧电子通过Fd传递到PGR5/PGRL1进而传递给PQ库或色素蛋白复合体Cytb6f，从而形成围绕PSI的环式电子流（Bendalletal.，1995）。整个过程可以简要表示为：图1-2PGR5介导的环式电子传递Fig.1-2PGR5meditatedcyclicelectronflow
不同吸光特性的棉花环式电子流调控和热耗散机制的研究6PGR5介导的环式电子传递不能形成NADPH，有ΔpH和ATP的生成。PGR5介导的环式电子传递能够建立ΔpH驱动热耗散过程从而保护光合机构免受光损伤（Munekageetal.，2002；李娜等，2016）。2.2.2NDH介导途径而另一条是NAD(P)H脱氢酶（NDH）介导的环式电子传递途径（参考图1-3）（Endoetal.，1998；Shikanaietal.，1998；Wuetal.，2011，2012）。传递到PSI受体侧电子通过Fd传递到NDH进而传递给PQ库或色素蛋白复合体Cytb6f，从而形成围绕PSI的环式电子流，其过程可以简要表示为：图1-3NDH介导的环式电子传递Fig.1-3NDHmeditatedcyclicelectronflowNDH介导的环式电子能够生成NADPH和ATP（梅杨等，2007）。近些年来关于NDH途径及调控机制的研究也受到了广泛关注。其主要的功能有：NDH介导的环式电子流能够加快NADPH的消耗来调节NADPH/ATP的比例（姚正菊等，2003；米华玲，2016；薛娴等，2017）；可以快速消耗NADPH防止光系统过度还原，并且调控的叶绿体呼吸也可以消耗一部分激发能，来减少活性氧的产生（王鹏等，2006），从而维持光合机构的正常运转。NDH能够建立ΔpH，激发叶黄素循环的热耗散耗散过剩光能，减轻光抑制（Lietal.，2004）；还能通过调节气孔从而增加胞间CO2浓度，促进光合碳同化的稳定运行（Horváthetal.，2000）；在高温下还能产生ΔpH为碳同化的进行提供ATP，一定程度减轻高温对碳同化的抑制（王鹏等，2006）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一个番茄EMS叶色黄化突变体的叶绿素含量及光合作用[J]. 杨小苗,吴新亮,刘玉凤,李天来,齐明芳. 应用生态学报. 2018(06)
[2]密植对薄荷叶片光系统Ⅱ功能的影响[J]. 李涛,姜闯道. 植物生理学报. 2017(07)
[3]棉花花铃期低温对叶片PSI和PSII光抑制的影响[J]. 肖飞,杨延龙,王娅婷,马慧,张旺锋. 作物学报. 2017(09)
[4]土壤水分亏缺下棉花叶片光破坏防御机制研究进展[J]. 易小平,张亚黎,姚贺盛,张旺锋. 植物生理学报. 2017(03)
[5]植物光合作用循环电子传递的研究进展[J]. 薛娴,许会敏,吴鸿洋,沈应柏,肖建伟,万迎朗. 植物生理学报. 2017(02)
[6]低浓度NaHSO3促进拟南芥PGR5/PGRL1介导的循环电子传递途径的运转[J]. 李娜,韦嘉励,李庆华,米华玲. 植物生理学报. 2016(11)
[7]类囊体膜NAD（P）H脱氢酶复合体调控光合作用的研究进展[J]. 米华玲. 植物生理学报. 2016(10)
[8]红色幼叶的适应意义探讨[J]. 陈颖卓,黄至欢. 生物多样性. 2016(09)
[9]水稻热耗散对逆境的响应[J]. 赵霞,杨华伟,刘然方,陈婷婷,奉保华,张彩霞,杨雪芹,陶龙兴. 中国水稻科学. 2016(04)
[10]紫丁香叶片发育过程中花色素苷含量与叶绿素荧光和激发能分配的关系[J]. 田野,张会慧,张秀丽,王娟,齐飞,孙广玉. 南京林业大学学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]基于计算机视觉的棉花干旱诊断研究[D]. 王娟.石河子大学 2014
[2]四季秋海棠（Begonia semperflorens）叶片中花色素苷的光保护作用和低温诱导机理[D]. 张开明.浙江大学 2010
硕士论文
[1]棉花花铃期叶片PSⅡ和PSⅠ光抑制及对低温的响应[D]. 肖飞.石河子大学 2017
[2]两个不同叶色棉花品种光合功能对高温胁迫的响应差异及机理[D]. 窦慧杰.南京农业大学 2011
[3]光强对罗勒叶中花青素含量及光合特性的影响[D]. 李运丽.南京农业大学 2011
本文编号：3035395
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