兩種生態(tài)型黃瓜幼苗光系統(tǒng)I抗氧化酶對弱光的響應(yīng)-

1、兩種生態(tài)型黃瓜幼苗光系統(tǒng)I抗氧化酶對弱光的響應(yīng)*論文導(dǎo)讀:：黃瓜是中國北方日光溫室生產(chǎn)的主要蔬菜作物之一。且弱光往往與低溫、亞適溫相伴出現(xiàn)。上清液立即用作抗氧化酶的測定。論文關(guān)鍵詞：黃瓜，弱光，光系統(tǒng)I，抗氧化酶黃瓜是中國北方日光溫室生產(chǎn)的主要蔬菜作物之一。在日光溫室黃瓜生產(chǎn)中，光照不僅影響室內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境條件，同時也是影響溫室黃瓜生長發(fā)育的首要環(huán)境因子。光照條件差，不僅嚴(yán)重影響黃瓜產(chǎn)量，同時還會造成畸形瓜增多等。在黃瓜開花結(jié)果期，光量子通量密度為20100mol/(m2-s)的弱光持續(xù)35d會造成嚴(yán)重落花和化瓜。前人有關(guān)黃瓜耐弱光生理機制的研究大多是在日光溫室生產(chǎn)條件下進行的，光照條件難

2、以控制，且弱光往往與低溫、亞適溫相伴出現(xiàn)。近幾年，單一的弱光處理，特別是在適溫條件下弱光處理對植物生理機制影響的研究也有不少報道，但主要側(cè)重于弱光下黃瓜葉片光合及熒光特性的響應(yīng)機制研究，而對PSI水-水循環(huán)體系中各種酶對弱光的響應(yīng)機制研究較少。本研究采用2種不同生態(tài)型黃瓜品種，在人工氣候室中內(nèi)生物論文，研究了弱光逆境下，葉綠體中參與PSI水-水循環(huán)的超氧化物歧化酶SOD、抗壞血酸過氧化氫酶APX、脫氫抗壞血酸復(fù)原酶DHAR、單脫氫抗壞血酸復(fù)原酶MDHAR和谷胱甘肽復(fù)原酶GR等一系列酶活性的變化，旨在探索黃瓜耐弱光生理機制，為黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培及生態(tài)育種等提供理論依據(jù)。1 材料和方法1.1 材料及

3、弱光處理試材為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜系黃瓜育種課題組選育的S1和S404 2個黃瓜高代自交系。據(jù)多年田間觀察及室內(nèi)生理鑒定結(jié)果，S1耐弱光能力較強，S404那么為弱光敏感型。供試材料統(tǒng)一播種，采用基質(zhì)育苗，待黃瓜幼苗長到三葉一心時，移入人工氣候室中進行90100mol/(m2 -s)弱光處理LL，對照光強為500550mol/(m2 -s)CK，光周期為10h，25/18。每處理12株，3次重復(fù)。分別在弱光處理的第5天、10天、15天和20天取植株上部的功能葉測定相關(guān)生理生化指標(biāo)。1.2 調(diào)查工程與方法2 結(jié)果與分析2.1 弱光對黃瓜葉片SOD活性的影響弱光處理對黃瓜葉片SOD活性的影響如圖1所示。

4、在弱光處理的第5天和第10天，S1和S404葉片中SOD活性分別比對照平均高出64.8、45.6和28.2、10.3。隨著弱光處理時間的繼續(xù)延長，S1和S404葉片中的SOD活性在第15天和20天那么分別比對照有所降低。這說明在弱光脅迫的前期，由于類囊體上的超氧陰離子大量產(chǎn)生，誘使PSI中SOD活性增高。此時，S1葉片中的SOD活性與對照相比顯著高于S404，說明S1葉片中的SOD對的去除能力顯著強于S404，最大程度上減輕了對光合膜的損害。圖1 弱光對不同生態(tài)型黃瓜葉片SOD活性的影響Fig. 1 Effect of low light on SOD activityof two ecoty

5、pe cucumber2.2 弱光對黃瓜葉片APX活性的影響從圖2可以看出生物論文，對照處理中，2個黃瓜品種隨著苗齡的延長，APX活性都逐漸地增加；而弱光處理5d時，APX活性都到達最大值。S1和S404分別比對照增加230.4和161.8，隨后APX活性都有所降低，S1和S404在弱光處理的第15天都降到最低值，在弱光處理20天時酶活性又有所增強。S1在弱光處理的第15天酶活性比對照降低了63.1，到達最低值，而S404在弱光處理的第10、15和20天APX活性分別比對照降低了35.3、60.7和67.4。這說明在弱光處理的第5天，2個黃瓜品種類囊體中可能產(chǎn)生了大量的H2O2，導(dǎo)致APX活性

6、急劇增加，不過隨著弱光處理時間的延長，進一步加深了氧自由基對葉綠體膜結(jié)構(gòu)的破壞，致使PSI中APX酶活性逐漸喪失，此時S1葉片中酶活性降低程度要明顯低于S404，說明在整個弱光處理過程中，S1對H2O2的去除能力明顯強于S404。圖2 弱光對不同生態(tài)型黃瓜葉片APX活性的影響Fig. 2 Effect of low light on APX activityof two ecotype cucumber2.3 弱光對黃瓜葉片DHAR活性的影響弱光對黃瓜葉片DHAR活性的影響如圖3所示。在弱光處理的第5天，S1和S404葉片中的DHAR活性分別比對照提高了169.5和26.1，隨后，S1在第10

7、和15天分別比對照提高了19.3和44.0，而S404卻比對照降低了26.4和42.9。在整個弱光處理過程中，S1葉片中DHAR活性比對照平均高出32.0；而S404葉片中DHAR活性卻比對照平均降低10.8。這說明S1在受弱光脅迫時，葉片中的DHAR保持較高的活性，特別是在弱光處理第5天，這樣將會產(chǎn)生更多的抗壞血酸AsA，以去除更多的H2O2，同時也防止脫氫抗壞血酸DHA在植物細胞中的積累而引起的毒害作用。而S404葉片中的DHAR只在弱光處理的第5天活性比對照有所提高。圖3 弱光對不同生態(tài)型黃瓜葉片DHAR活性的影響Fig.3 Effect of low light on DHAR act

8、ivityof two ecotype cucumber2.4 弱光對黃瓜葉片MDHAR活性的影響弱光對黃瓜葉片中MDHAR活性的影響如圖4所示。隨著弱光處理時間的延長生物論文，S1和S404葉片中的MDHAR活性都在逐漸的降低。在整個弱光處理過程中，S1和S404分別比對照平均降低49.0和45.2。不過在弱光情況下，S1葉片中的MDHAR酶活性一直高于S404。這說明在黃瓜受到弱光脅迫時，MDHAR對植物細胞中AsA的奉獻率比擬小。由于MDHAR對單脫氫抗壞血酸自由基AFR的復(fù)原是在NAD(P)H參與下完成的，所以S1可能消耗更多的NAD(P)H，以產(chǎn)生更多的AsA，來抵御AFR對類囊體膜

9、的氧化脅迫。圖4 弱光對不同生態(tài)型黃瓜葉片MDHAR活性的影響Fig.4 Effect of low light on MDHAR activityof two ecotype cucumber2.5 弱光對黃瓜葉片GR活性的影響圖5 弱光對不同生態(tài)型黃瓜葉片GR活性的影響Fig.5 Effect of low light on GR activity of twoecotype cucumber從圖5可看出，在整個弱光處理過程中，S1和S404葉片中GR活性分別比對照平均降低50.1和12.9。但是隨著弱光處理時間的延長，GR活性都有不同程度的提高，S404葉片中GR活性增幅要高于S1。這說

10、明隨著S1和S404對弱光的不斷適應(yīng)，GR活性的增強有利于復(fù)原型谷胱甘肽GSH的生成，提高黃瓜的抗氧化能力。由于GR催化氧化型谷胱甘肽GSSG的復(fù)原也需要NADPH的參與，所以弱光下S1對NADPH的消耗可能比S404小。3 結(jié)論與討論在光合作用的電子傳遞中，水在PSII中放出氧氣，分子氧在PSI被復(fù)原成，被SOD歧化生成H2O2；H2O2在APX催化下產(chǎn)生單脫氫抗壞血酸自由基AFR；AFR被復(fù)原型鐵氧還蛋白redFd或NAD(P)H通過自發(fā)或DHAR和MDHAR催化下生成AsA和Fd氧化型鐵氧還蛋白，而由DHAR催化生成的另一種產(chǎn)物氧化型谷胱甘肽GSSG在NADPH作用下，隨后被GR復(fù)原成G

11、SH和NADP+，而Fd或NADP+隨后又被氧化成redFd或NADPH，完成整個PSI的水-水循環(huán)。本研究顯示，在弱光處理的第5天，葉片中的SOD、APX活性明顯高于對照，可能是在黃瓜弱光脅迫早期，由于和H2O2的大量產(chǎn)生，誘使SOD和APX活性增高，從而減輕黃瓜葉綠體受到的氧化脅迫生物論文，維持葉綠體中活性氧代謝平衡，保護類囊體膜結(jié)構(gòu)。而此時S1葉片中SOD和APX活性明顯要高于S404。說明在弱光處理早期，S1對-和H2O2等活性氧的去除能力要強于S404?；钚匝躅愇镔|(zhì)對S1類囊體膜的破壞能力可能比S404要輕，有利于其吸收更多的光能。SOD活性變化不僅與弱光處理強度有關(guān)，而且與弱光處理

12、時間長短也有關(guān)；SOD活性在輕度弱光處理下升高，嚴(yán)重弱光逆境下下降；短期弱光處理下，SOD活性上升程度越大，品種耐弱光性程度越強，長期弱光處理下，SOD活性降低程度越大耐弱光性越強。對于APX來說，如果進行短期的弱光處理，那么其活性高的黃瓜品種可能耐弱光能力較強，如果進行長期弱光處理，那么其活性降幅低的黃瓜品種可能耐弱光能力較強下載中心。因此，通過SOD和APX來初步鑒別黃瓜耐弱光能力時，弱光處理時間長短和弱光強度顯得尤為重要，這可能是很多弱光脅迫研究中，酶活性變化復(fù)雜性的原因之一。由于弱光處理早期APX活性增強，導(dǎo)致AFR的大量產(chǎn)生，此時DHAR和MDHAR對AFR的去除將起到關(guān)鍵作用。但是

13、本研究只觀察到DHAR活性在弱光處理第5天時有所增強，而MDHAR活性反而比對照要弱，說明在黃瓜弱光脅迫中，尤其是早期，對AFR的去除主要是DHAR在發(fā)揮作用。而且此時S1葉片中的DHAR增幅要高于S404，使得S1所產(chǎn)生的AsA對H2O2的去除能力要遠遠強于S404。同時AsA在S1葉片中含量的提高，也有利于增強其對氧化脅迫的抵御能力。在弱光脅迫下，MDHAR活性雖然有所降低生物論文，但是S1類囊體中的酶活性仍然高于S404。GR被認(rèn)為是維持谷胱甘肽處于復(fù)原型的一種關(guān)鍵酶。在弱光脅迫下，S1和S404葉片中的GR活性與對照相比都有所降低，這種結(jié)果與前人的研究比擬一致。這說明GR在去除H2O2

14、和維持GSH含量方面并沒有扮演重要的角色。NADPH作為植物把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的貯藏形式之一，在植物碳同化過程中發(fā)揮著重要的作用，它能將CO2轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的碳水化合物。在PSI水-水循環(huán)中，AFR和GSSG的復(fù)原都需要NADPH的參與。而催化這兩個反響的MDHAR和GR在弱光下活性比對照都有所降低，可能與細胞內(nèi)NADPH含量有關(guān)。弱光下，由于植物吸收的光能較少，勢必導(dǎo)致化學(xué)能NADPH含量降低，影響MDHAR和GR所催化的反響。進而會影響到PSI電子傳遞速率。在MDHAR所催化的復(fù)原反響中，弱光下，S1可能通過消耗更多的NADPH以產(chǎn)生更多的AsA，以抵御氧化脅迫；而在GR所催化的反響中，S1卻

15、降低了對NADPH的消耗，更多的用于碳同化，形成更多的碳水化合物。S404卻相反。因此，耐弱光品種S1可能通過調(diào)節(jié)NADPH在PSI水-水循環(huán)電子傳遞鏈中的分配來更好地適應(yīng)弱光逆境。參考文獻：【1】王永健,張海英,張峰,等.低溫弱光對不同黃瓜品種幼苗光合作用的影響. 園藝學(xué)報,2001,28(3):230 234.【2】陳青君,張福墁,王永健,等.黃瓜對低溫弱光反響的生理特征研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003,36(1):77 81.【3】周艷虹,喻景權(quán),錢瓊秋,等.低溫弱光對黃瓜幼苗生長及抗氧化酶活性的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2003,14(6):921 924.【4】陳青君,張福墁,王永健,等臨

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