（果树学专业论文）温度胁迫对草莓叶片光合作用的影响.pdf

摘要 以抗性不同的五个草莓品种：丰香( 不耐寒) 、明磊( 耐寒) 、爱美( 不耐热) 、 硕露( 耐热) 和鬼怒甘( 耐寒耐热) 笳栽苗为试验材料，在2 5 的条件下预培养 1 0 d 后，以2 5 1 下培养2 5 d 为对照，丰香、明磊、鬼怒甘分别在1 0 + 2 。c 和o 2 。c 的环境下培养7 d ：爱美、硕露、鬼怒甘分别在3 0 2 。c 和3 8 2 的环境下培养 7 d ，然后再在2 5 l 下培养7 d 作为低温、高温胁迫的恢复处理。研究了温度胁迫 对草莓叶片光合机构运转的影响，及植株本身的自我保护机理。 与对照( c k ) 相比，低温、高温胁迫均使草莓叶片光合速率( p n ) 下降，而 且测得的表观量子效率( a q y ) 、羧化效率( c e ) 、最大的光化学效率( f v f m ) 、 光化学猝灭系数( q p ) 及光系统i i 的量子产量( 中p s i i ) 均下降，相反，光呼吸速 率( p r ) 和非光化学猝灭系数( q n ) 上升。 品种问比较发现，低温胁迫下，耐寒品种比不耐寒品种受到的伤害要轻：高温 胁迫下，耐热品种比不耐热品种受到的伤害要轻。光呼吸及依赖于叶黄素循环的热 耗散是草莓在温度胁迫下的主要自我保护机制。 以w e s t e r n b l o t t i n g 蛋白质印迹分析了在5 。c 和3 8 。c 下强光对丰香草莓叶片d 1 蛋白周转的影响。结果表明。强光处理一周( 每天处理4 小时) 后，高温强光下 d 1 蛋白降解加快，低温抑制了d l 蛋白合成与降解，而高温与强光的共同胁迫加剧 了d 1 蛋白的降解。 关键词：草莓温度胁迫光合作用叶绿素荧光d 1 蛋白周转 a b s t r a c t p o r e dp l a n t so ff i v es t r a w b e r r yv a r i e t i e sd i f f e r i n gi nt e m p e r a t u r er e s i s t i v i t y ( f e n g x i a n g ( n o tc o l d r e s i s t a n t ) ，m i n g l e i ( c o l d r e s i s t a n t ) ，a i m e i ( n o th e a t - r e s i s t a n t ) ， s h u o l u ( h e a t - r e s i s t a n t la n dg u i n u g a n ( c o l d & h e a tr e s i s t a n t ) ) w e r es u b j e c t e dt o2 5 i ( c o n t r 0 1 ) ，f e n g x i a n g ，m i n g l e i ，g u i n u g a n ：l o 2 、0 _ _ _ 2 * c ( 1 0 wt e m p e r a t u r es t r e s s ) ， a i m e i ，s h u o l u ，g u i n u g a n ：3 0 2 、3 8 2 ( h i g ht e m p e r a t u r es t r e s s ) ，8 0 0 - - 1 0 0 0 u m o l m - 2 s p f da n d10h o u r sp h o t o p e r i o dd u r i n g7d a y sa n dr e c o v e r e dd u r i n g7d a y sa t 2 5 1 a tt h es a m el i g h tr e g i m e t h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r es t r e s so nt h eo p e r a t i o no f p h o t o s y n t h e t i ca p p a r a t u sa n dt h ep r o t e c t i v em e c h a n i s mi nl e a v e so fs t r a w b e r r yp l a n t w e r es t u d i e d c o m p a r e dw i t hc o n t r o l ，n e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) ，a p p a r e n tp h o t o s y n t h e t i c q u a n t u my i e l d ( a q y ) ，c a r b o x y l a t i o ne f f i c i e n c y ( c e ) ，p h o t o c h e m i c a le f f i c i e n c y ( f v ，f m ) ， p h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g ( q p ) a n dq u a n t u my i e l do fp s i ip h o t o c h e m i s t r y ( 中p s i i ) a l l d e c l i n e du n d e rt e m p e r a t u r es t r e s s o nt h eo t h e rh a n d p h o t o r e s p i r a t o r yr a t e ( p r ) a n dn o p h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g ( q n ) i n c r e a s e du n d e rt e m p e r a t u r es t r e s s c o m p a r e dt h ef i v es t r a w b e r r yv a r i e t i e s ，w ef o u n dt h a tu n d e rl o wt e m p e r a t u r es t r e s s ， t h ei n j u r yt oc o l d r e s i s t a n tv a r i e t yw a sl o w e rt h a nt h a ti nn o tc o l d - - r e s i s t a n tv a r i e t y , a n d t h ei n j u r yt oh e a t r e s i s t a n tv a r i e t yw a sl o w e rt h a nt h a ti nn o th e a t - r e s i s t a n tv a r i e t yu n d e r h i g ht e m p e r a t u r es t r e s s p h o t o r e s p i r a t i o na n dx a n t h o p h y uc y c l ew e r et h em a j o rp r o t e c t i v e m e c h a n i s mu n d e rt e m p e r a t u r es t r e s si ns t r a w b e r r yl e a v e s t h ee f f e c t so fh i g hl i g h ts t r e s s ( 1 8 0 0i x m o l m - 2 s “1u n d e r5 a n d3 8 ct od i p r o t e i nt u r n o v e rw e r es t u d i e db yw e s t e r n b l o t t i n gi ns t r a w b e r r yl e a v e s t h er e s u l t i n d i c a t e s ，a f t e raw e e kt r e a t m e n t 、i mh i g hl i g h t ( 4h o u r sad a y ) ，t h ed e g r a d a t i o no fd 1 p r o t e i nu n d e r3 8 cw a sm o r et h a n5 c l o wt e m p e r a t u r es t r e s si n d u c e da l li n h i b i t i o no f d 1p r o t e i ns y n t h e s i sa n d d e g r a d a t i o n t h ed e g r a d a t i o no fd 1p r o t e i nw a sa c c e l e r a t e d u n d e rc o m b i n e ds t r e s so f h e a ta n dh i 【曲l i g h t k e yw o r d s ：s t r a w b e r r y ；t e m p e r a t u r es t r e s s ；p h o t o s y n t h e s i s ；c h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c e d1 p r o t e i nt u r n o v e r 主要符号表 英文简写英文全称中文名称 a a q y b s a c 蠢 c i d t t e t r f d f m f i n f o f o f v ，f m g s l h c i l h e l l n a d p + n a d p i l p 6 8 0 p 7 0 0 f d p h e o p n p q p r p s i p s i i a n t h e r a x a n t h i n a p p a r e n tq u a n t u my i e l d b o v i n es e r u ma l b u m i n a i rc 0 2c o n c e n t r a t i o n i n t e m a ic 0 2c o n c e n t r a t i o n d i t h i o t h r e i t o i l i n e a re l e c t r o nt r a n s p o r tr a t e f e r r e d o x i n m a x i m a if l u o r e s c e n c el e v e li nt h ed a r k m a x i m a lf l u o r e s c e n c ei nt h el i g h t m i n i m a lf l u o r e s c e n c el e v e li nt h ed a r k m i n i m a lf l u o r e s c e n c ei nt h el i g h t m a x i m a lq u a n t u my i e l do fp h o t o s y s t e m i ip h o t o c h e m i s t r y s t o m a t a ic o n d u c t a n c e l i g h t h a v e s t i n ga n t e n n ac o m p l e x e si l i g h t - h a v e s t i n ga n t e n n ac o m p l e x e si i o x i d i z e d n i c o t i n a m i d e d i n u c l e o t i d e p h o s p h a t e r e d u c e dn i c o t i n a m i d e d i n u c l e o t i d e p h o s p h a t e p r i m a r ye l e c t r o nd o n o ro f p s i i p r i m a r ye l e c t r o nd o n o ro fp s i p h o t o nf l u xd e n s i t y p h e o p h y t i n n e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e p l a s t o q u i n o n e p h o t o r e s p i r a t i o nr a t e p h o t o s y s t e mi p h o t o s y s t e mi i 环戴玉寒黄素 表观量子效率 牛胤清蛋白 大气c 0 2 浓度 胞黼c 0 2 浓度 二硫苏糖醇 表观光会电子传递速率 铁氧还蛋自 暗邋成最大荧光 光适应下最大荧光 曙邋瘟下秘始荧光 光邋应下初始荧光 暗遗应下光系统i i 最大光 乏擘燕子产量 气张辱度 捕光色素蛋白复合体i 臻光色素蛋自复会俸l l 氧化型辅酶i l 还原型辅酶l l 光系统i i 的原初电子供体 光系统l 的原初电子供体 竞鳖子逶量密躞 去镁叶绿素 净光含速率 蒺醚 光呼吸速率 光系统i 光系统l i q n ( n p q ) q p s o d s d s v v d e z z e m p s i i ( a f ，f m ) n o n p h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g 非光化学猝灭 d h o t o c h e m i c a lq u e n c h i n g 光化学猝灭 s u d e r o x i d ed i s m u t a s e 超氧化物岐化酶 s o d i u md o d e c y ls u l p h a t e十二烷基磺酸钠 v i o l a x a n t h i n 紫黄素 v i o l a x a n t h i nd e ，e p o x i d a s e 紫黄素脱环氧化酶 z e a x a n t h i n 玉米黄素 z e a x a n t h i ne p o x i d a s e玉米黄索环氧化酶 q u a n t u my i e l do f p s l lp h o t o c h e m i s t r y 光系统i i 的量子产量( 光 系统i l 实际光化学效率) 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时削：年月同 关于论文使用授权的说明 本人完全了解安徽农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意安徽农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 第一导师签名： i l 时间：年月日 时间：年月同 第一章绪论 1 1 文献综述 光合作用是“地球上最重要的化学反应”，是生物界获得能量、食物以及氧气的 根本途径。而温度又是影响植物光合作用的重要因子，所以研究温度胁迫对光合作 用的影响具有重要意义。 1 1 1 低温胁迫对光合作用的影晌 光合作用是植物最基本的生命活动，是植物合成有机物质和获得能量的根本源 泉，同时光合器官又是植物的冷敏感部位，低温直接影响光合机构的性能和活性。 叶绿素a 荧光与光合作用中各种反应密切相关，包含了许多光合作用信息，多种逆 境因子对植物光合作用的影响也可通过它反映出。 低温胁迫对光合作用的影响主要表现在： i 、低温胁迫对p s i 和p s i i 的影响 p s i i 光抑制的程度可以用细胞内的脉冲调和光束决定，并且与p s i i 的电子接受 体q a 的氧化还原状态密切相关，q a 的状态可以用荧光参数l q p 来度量。另外， 在低温下只能在低温敏感植物观察到的p s i 系统的光抑制，与q 一的氧化还原状态 没有关系说明p s i 系统的光抑与p s i i 光抑制的机制是不同的。低温下低光量子通密 度可以提高p s i 系统周围的循环电子流。p s i 系统的光抑制与提高的循环电子流显 示了相似的温度依赖性。 低温可以增强光合作用的光抑制1 1 - 3 1 。增强的主要原因是低温下碳代谢的可用激 发态能量的减少。当光超出了植物的需要时光抑制就会发生。光通过光化学电子传 递产生了a t p 和n a d p h 并且卡尔文循环提高了他们的主要库。当温度降低的时候， 卡尔文循环中的酶活性也会降低就会导致可利用光子的减少因此加强了光抑制。 已有报道，一些耐低温的植物如黑麦、小麦、菠菜p s i i 光抑制的程度与p s i i 的电子接受体q 一的氧化还原状态密切相关【4 】，q a 的状态在细胞内可以用荧光参数 1 一q p 来度量，也就是激发压。另外p s l i 光抑制的程度也可用另一种荧光参数p s i i 系统的量子产率来估计即f v f m 。在不同的温度和光量子通密度下用1 一q p 对照于 f v f m 作一曲线图无论温度和光量子通密度都可得到唯一的曲线关系。这显示了 p s l i 光抑制的程度与p s i i 的电子接受体q a 的氧化还原状态密切相关而与温度和光 量子通密度无关1 5 j 。低温下卡尔文循环中的酶活性降低可能使更多的q a 被还原。 然而这种情况在低温敏感植物中是不同的。低温敏感植物在低温下( o l oo c ) 光合作用会急剧下降。这种依赖于温度的光合作用的损坏是很大的，并且也是很难 用依赖于温度的卡尔文循环的酶来解释的。尽管在黑暗下低温也能诱导光抑制，但 是低温与光照的结合会熙能促进光禽作用的抑制。因此这种光低温导致的光合作用 的损坏彳能称作光抑制。不过2 4 4 8 小时的暗低温( 0 ) 处理对抑制也是必需的。 低温处理螽氧气释放豹辛辔捌是通过p s i i 菲本质鬣自和锈的释放来起终用豹1 6 1 。相比 乏下在温和光下( 2 0 0 9 m o lm 五s ) 低温( 5 c ) 处理5 小时就能导致严蘸的不可遵 转的光合活性的下降，但是氧气的释放的系统却没有受到较大的影响 7 1 。 p s i i 长期以来被认为是巍抑制主要的目标埔1 。嚣k i n t a k e l 9 】已经报道光低温处理 漪黄瓜时予虢酸坏佼点憝p s i ，在溢和先下( 2 0 0 l m o lm s 。) 透过p s i 静电子传递 被抑制了1 而p s i i 的活性却受到较小的抑制i l 叭。程抑制的过稷中，p s i 系统中叶绿素 接合的大亚瑟的降解蝽h 铁硫中心的破坏l 亿】可以观察到。出位子过氧化缀和还原的 铁硫孛心靛f e n t o n 爱瘫澎戎懿羟蕊钕手破坏7 铁巯中心秘个反应巾，瓣翌萋 - p s a b 蛋白1 1 3 叫5 1 。现在越来越清楚，至少在低温敏感的植物中低温光抑制的位点是 p s i 而不是p s l l ，p s i 光抑制也在其他的低温敏感植物如大煦中观察到了 1 6 1 。不过 莛否激发怒楚低温敏感攘狻光翔裁戆决定嚣素还富戆讨论。 i l 、低温胁迫与r u b l s c o 酶 核酮糖* 1 ，5 - 二磷酸羧化力氧酶( r u b i s c o ) 是控制植物光含碳代谢和光呼吸的关 键酶，是嵬会俸臻翡限逮瓣。诲多麴韬 究发现，攮物经祗湛蒸嬉或抵遗光照处理矮， 光合作用的降低是由r u b i s c o 活性的谯失弓f 超的，l l u l b 推测低温损伤了r u b i s e o 本 身。然而，z h a n g 等1 1 7j 却认为低温破坏了r u b i s c ol 川工醮的钒化还原调节作用。低 滠在酶低r u b i s c o 羧化滤牲的同时，缀难想象其裁纯活性没帮受劐影确。因魏，与 r u b i s c o 氧纯活性稻关联的先呼吸径低温下是磷仍具有光保护作用值褥进一步研 究。低温降低了碳同化中些酶的活性，从而降低了c 0 2 同化能力，导致过剩的还 原力在p s i 受体端的积累，这无疑会造成p s i 麴光按翩，p s i 的光抑割的发生又会 黼重p s i i 豹龙籁l 制。然瓣，久靠】报难羽c 0 2 阏纯能力对溢泼静依赣往来解释p s i 的光抑制及光合作用的光抑制对温度的显著依赖性1 1 8 l 。 i 、低濑胁迫与光呼吸 广义豹建静翻概念惫籍嚣个避耩，蕾先表褒为强竞( 竞避粼等l 莛鑫孽光含戆力下 降。称为光抑制：如持续较久，会使叶绿体破蝴；，称为光氧化。光抑制的本质是光 合机构吸收的过剩光能弓l 起光合功能的降低。光呼吸的光破坏防御机制在于： 在每致竞会c 0 2 囊诧能力降低豹黪邃条传下，毙穆啜毵可溺糕强光黧态瀑条箨下熬 过剩光能，又可防止气孔导度下降导效的细胞间隙c 0 2 浓度的过度降低，这在一定 程度上起到保护光合作用中心免受强光破坏i 哼】；在晴天中午，光呼吸能力的增 撩傻时片孛豹r u b i s c o 含量增加1 2 0 j ； 霹班虢业p s i ； 要p s i | 之瓣豹电予载蒜过分 还原，从丽绦证电子在电子传递锰上的诈常传递l ；光呼吸透过促进p i 的循环 利用，缓解p i 不足对光合作用的限制，从而i q 接地减少或消除潜在过剩光能的产 生而减轻光孝乖制2 烈。s t r e b 等1 2 3 l 研究了几种黼由植物的光蔽坏防御机制，认为光砰 吸即使往很低的温度下，也能越剿保护作用。 、低滠胁迫对时绿素荧光参数的影响 低滋降低植耪逶过光合作嗣黼雳光能的能力，同时也瓣制叶黄索罐鳝参与的j 光化能璺耗散或抑制蛋白修复循环，从而提高了植物对光抑制的敏感性。在低温胁 迫下测定植物时片的某种荧光参数的变化常常被用来确定抗冷性及受伤害的程度。 f v f m 麓捷耱发生光静翩的敏感撵标，毽盘予p s t i 懿光绦护反应舔尊毙纯学熊垂耗 散和p s i i 的伤害都w 以引起此比值降低，因此对测定结粜还要做迸步分析。一般 认为，如果在低温诱导的光抑制下降低的f v f m 比值可以迅速恢复。则这种降低主 要是霹为光绦护爱疲辑致。 叶绿素荧光量予产额代表了p s i i 的光化学高效率，低温伤害黄瓜的生理机制， a o k i 2 4 1 认为主要是幽于量子产额的降低。曾纪晴【25 】认为1 2 c 以上的低温对黄瓜叶 绿素荧光彩确不大。藏毒君翠6 豹骶涅弱光实骏表竣黄瓜甄瀵弱光区楚璇龌阙荧光羹 子产颧会上升，说明弱光减轻了低温对p s i i 酌伤害。不丽鼯种对光温邋应性也不同， 陈青君的低温弱光嵌验表明，4 个黄瓜品种对低温和低温弱光的反应稃在较大差异。 胡文海 2 7 1 鲍研究表骥，低涅导致党合终用下晦既育气孔豳索也有j 扛气魏嚣素，魏浆 气孑l 限制占主导俸髑，雯口在净光含速率、气我导度下降的同时，脆闯c 0 2 浓度也糨 应下降。叶绿素荧光参数的变化有助于探明光合机构受影响的部位。f v f m 降低袋 明植物受到了光抑制，恧p s i i 妁失活或被玻球则导致了拐始荧光f o 蛹舟裹娜l 。1 0 处爨来雩l 超竞撺涮，只是在低激处理后期彳霉l 起p s i i 光含电子传递鲞子效率的下 降：丽5 处理引起了f v f m 及巾p s i i 的降低，并且在恢复4 d 后才达到对照水平， 表明弱光下54 c 低激处理引起了光抑制，造成p s i i 的部分失活或伤害，限制了光仑 碳代瀣豹龟子供应，麸嚣撺澍7 党合作用，势显这静伤豢须经一定辩潮方戆浚复。 叶绿素荧光参数的分析，能够准确反映胁迫下植物光台器官耗散能量的方式。 冷敏感性不同的植物耗散光能的机制不同。猩低温光照下，光合器官的q p 和q n 如 采都受剿捧朗辩，将会产玺较黟黧豹过量竞伤害。 v 、低温胁迫岛叶黄素循环 叶簧素循环强光下，植物吸收的过剩光能岿须及时耗散掉，否则会损伤光合机 兹。舂滚攘表鞠，攘物霹竣通过时黄素循环耗羧过裂豹蹩缝寒保护必念爨窖免受激 破坏。叶黄素循环怒指参与该循环的三种主要物质紫黄质( v ) 、环飘玉米黄质( a ) 和玉米黄质( z ) 在不问的光照和p h 条件下的相互转化。植物的p s i 和p s i i 都存在依 赖时黄豢筵环耗教过裁光裴豹飒铡1 2 9 1 。除p s i i 反应中心秘，紫黄袋农羧寿色素鬃 自上都裔分布，而p s i 的叶黄素循环色素占整个时黄素循环库的3 0 5 0 1 。d t t 是紫黄脆脱环氧化醚( v d e ) 的抑制剂，它通过抑制紫黄质的脱还氧化作用而抑制派 米黄质的形成。曾纪晴等1 2 5 l 的实验表明，d t t 对低温下叶绿索荧光猝灭的抑制眈高 温下小，并且d t t 对叶绿素荧光猝灭的抑制只是- d , 部分，推测玉米鬻质的形成 东低湛下受到喜枣翻。有萋嚣究认为低邋霹以挪割紫黄矮脱坯氧纯传曩i ，著照植物体内 存在对d t t 不敏感的稚光化学荧光莓擎灭。由此褥知，低滠抑制玉米黄餍的合成也 只是低温光抑制的部分原因。李平等【3 1 在研究不同抗冷力的籼稻品种防御低温光抑 制的可能枫剡时发现，抗冷品种比冷敏感品种其育较强的防御低温光抑制的能力， 它可能与时荧素循环遮率静大小骧及玉米黄质瓣调节 乍嗣寄关。久稍攉溯v d e 与 类囊体膜相连，且它需骠n a d p h 米维持其活性。 1 1 2 高温胁迫对光食作用的影响 蹇澄黪遥鼹跫会终壤翡彩孵主要表蘧奁： i 、高温胁迫与光台作用气孑l 限制和非气孔限制 气孔是植物进行气体交换的通道。在叶片的气体交换测定过程中人们常常可以 誊囊g s 与融豹乎行变他趋势。在这耪媾嚣下。鹣下降劳不一定是出g s 下海寻l 起。 只有当c i 下降和气孔限制值( l ) 增加时，刁+ 可以确定g s 降低是引起瓢降低的主 要原因：相反，当p n 降低伴随着c i 上升时，p n 降低的主簧顾因是非气孑l 因素即 盼肉缨施熬建舍溪性下降2 t 。 常春藤等植物在4 s 高温下j 三骚是由于叶绿体功能和毙整往的热破坏等菲气 孑l 因素限制了光合作用的j 下常进行瞄孔m i 。而生长在用间自然祭件下的柑橘，当受到 夏季异常悫湿胁追射，时片p n 下隆。l 2 天的簸期内主要怒透过气孔戳索弓| 起的， 随后较长时闽( 3 5 天) 主要是通过抑制时肉细胞的光合滔懂来实现的涕1 。 i i 、高温胁迫与光系统n 光化学反应 光反应过程包括光念器官对光能嬲吸收、传递翻转换。猩高温条件下，光合速 率降低靛限制医素是光爱应还蹩暗芨应壹存京争议。毽委多豹试验表鹈先反应怼 高温更加敏感3 7 3 8 1 。在主要依赖于类囊体膜上的p s i 和p s i i 上的光反应过程中， 高温下p s i 比p s i i 稳定p 刖，面p s l l 在高温下窬易失活，这主要与以下儿个方面有 关：( 1 ) 辩溢下膜瑟溅馥牲瓒强戳及貘蛋自穗甄作弱楚蒗交警致放氧复仑物髓落； ( 2 ) 在高温超过4 5 时，p s i i 复合物与p s i 复含物相分离，p s i i 向p s i 的电子传 递也受到影响【4 0 】；( 3 ) 商温可以导数捕光色素蛋白复合体( l h c i i ) 与p s i i 反应中 ，脱落羧及天线的构蒙交诧i 4 h ；( | ) 一量裹潺诱等翡p s i i 放氧复合傣炎涯，毙含 线性电子传递就势必会受到抑制，镣致光合速率下降。还可能导致跨类巍体膜质子 梯度降划4 荆。而跨类囊体膜质子梯魔与植物的光破坏防御机制有关1 4 3 “4 1 。在这种 情况下，以分子氧为惫予受体豹瑕筑坯电子传递以及p s i 驱动嚣巧式电予婕递会增 强1 4 5 1 ：( 5 ) 高温可以诱导d l 、d 2 蛋白构象变化，导致的兴囊体结构改变，致使 q a 由低势能状态转化为高势能状态，使q a q a - 的氧化还原电位升高，从而使q 6 的还原力降低q a - 一q b 的电子传递受到抑制。而碳酸氢盐在q a 至q b 的电子传递 中起重要作用，它可在一定程度上逆转这种变化。其原因可能是高温下d i 、d 2 的 构象变化导致碳酸氢靛从p s i i 反应中心脱落，进一步阻断q a 至q b 的电子传递1 4 “。 虽然高温使q a 的还原力下降，但以4 2 。c 处理马铃薯完整叶片时发现，p s i i 反 应中心q b 还原的降低没有影响p ，不过反应中心的失活刺激了p s i iq 向p s i ib 的 微小转化( p s i i 和p s l l0 分别为两种状态的p s i i ) ”1 1 。 在研究p s i i 对高温的敏感性时，卢从明等认为p s l i 天线的激发能捕获对高温最 敏感，次之是p s i 的放氧复合物，最后是p s i i 受体端的电子传递。 、高温胁迫与r u b i s c o 活性 r u b i s c o 是碳同化的关键酶。不同光合碳代谢途径的植物。r u b i s c o 活性对高温 的响应不同。在高温下c 3 植物r u b i s c o 活性急剧下降【47 i 。而c 4 植物和c a m ( 景天 酸代谢途径) 植物的r u b i s c o 活性变化小1 4 引。 在光下r u b i s c o 的激活是由r u b i s c o 激酶( a c t i v a s e ) 控制的1 4 9 。一些研究表明， 分离的激酶尤其对增温引起的失活很敏感 5 。因此激酶的失活可能为r u b i s c o 在高 温下失活提供了生物化学的解释1 5 ”。 、高温胁迫与光呼吸的作用 光呼吸和光合碳同化是光合碳代谤 中两个相互联系的过程，它们都由r u b i s c o 催化。r u b i s c o 活性与c 0 2 和0 2 的溶解性有关，随温度升高，0 2 溶解性增强而c 0 2 溶解性降低，光呼吸增强垆“。 光呼吸被认为是保护光合机构免遭伤害的一种机制l i 。v e s t e 掣5 4 1 的研究表明， 在高温引起柑橘叶片气孔限制的条件下，光呼吸增强，从而可以提高细胞问隙二氧 化碳浓度，他们认为这是对细胞间隙二氧化碳浓度降低的响应。而且光呼吸消耗了 部分积累的光合产物，减轻了反馈抑制，因此可以维持一定的光合电子传递。他们 试验显示高温条件下光呼吸强的植物p s i i 复合物的电子传递受抑制较轻。 v 、高温胁迫与叶黄素循环 叶黄素循环是指叶黄素的三个组分( 堇菜黄素、花药黄素和玉米黄素) 依光照 条件的改变而相互转化的过程。当光能过剩而跨膜脂质梯度增高时，含双环氧的堇 菜黄素( v i o l a x a n t h i n ) 在去环氧酶的催化下，经过单环氧的花药黄素 ( a n t h e r o x a n t h i n ) 转化为无环氧的玉米黄素( z e a x a n t h i n ) 。在暗中或光能不再过剩 时，玉米黄素出玉米黄素环氧化酶催化又可以经过花药黄素最后变成堇菜黄素。叶 黄素循环存在于所有的高等植物、苔藓类和几种藻类植物的类囊体膜上垆5 1 。近几年 研究发现，叶黄素循环是防止光破坏的重要途径。武海和许大全1 9 5 1 发现珊瑚树的光 合机构在免受强光破坏上，叶黄素循环热耗散比依赖质子梯度的热耗散的作用大。 在盐害、水涝和营养等环境胁追时，光合机构通过叶黄素循环耗散剩余光能的能力 增强1 4 2 1 。中度高温能够增强叶黄素循环，耗散过剩光能【5 6 l 。在抗莠去净( 除草剂) 的突变体上也发现，叶黄素循环遭到破坏的植株对热胁迫更加敏感p ”。因为高温可 以使类囊体膜的流动性增强，严重时会发生类囊体膜的破坏，但花药黄素的积累可 以降低类囊体膜的流动性，所以叶黄素循环也可能通过影响类囊体膜的流动性白j 接 保护光合机构p 9 5 8 o 1 1 3 温度胁迫及光强对d l 蛋白周转的影响 光合作用的核心问题之一就是光能的高效吸收、传递和转换而这一过程是由 存在于光合膜上的色素蛋白复合体来完成的。集中于类囊体膜上垛叠的基粒膜区的 p s i i 反应中心是类囊体膜上存在的含有多个亚基的色素蛋白复合体( 图1 1 ) ，d 1 蛋 白和d 2 蛋白是阴种最重要的组分，它们共同构成了p s i i 反应中心的基本框架各 种与原初电荷分离及i 乜予传递有关的辅助因了都有序地结合在这个柜架上。d l 蛋 白是分子量火约为3 2 k d a 的内在性膜蛋白1 5 9 1 ，它具有5 个跨膜的螺旋区分别为a ， b ，c ，d 和e ( 图卜1 ) 。螺旋a 区丌始于d l 蛋白的n - 术端，在c - 末端以e 螺旋区 而终止。 舒“。器。y s t i sn s p ”0 3 图l is y n e c h o c y s t i sp c c 6 8 0 3 中p s b ai i 基因编码的d i 蛋白结构示意图 f i g u r el is c h e m a t i cd i a g r a mo f d lp r o t e i ne n c o d e db y p s b ai ig e n ei ns y n e c h o c y s t i sp c c6 8 0 3 大量的实验显示在发生光抑制时d i 蛋白的主要裂解位点是位于d e 螺旋区 内【6 0 j 。此外作为电子接受体的质体醌q b 也接合在这个螺旋区域内。d 1 蛋白结构中 包含类似虫子序列( p e s t _ l i k e ，2 2 5 2 3 8 氨基酸) 的n 术端区域显示有大量的脯 氨酸，谷氨酸，丝氨酸和苏氨酸，并且与许多高速周转的蛋白相联接。这个类似虫 子的序列包含d l 蛋白的1 4 个氨基酸，但是不包括脯氨酸。“q e e t ”区域( 2 4 1 2 4 5 氨基酸) 与“p e s t ”区域邻近，它包括g i n g l u g l u t h r 氨基酸。 光怒光合作用过程中推动光化学反应的能量来源。然而过多的光就会导致光含 器官的严重破坏，进而抑制叶绿体的电子传递，导致植物发生光抑制。被强光破坏 静p s i i 反应孛，t d 的d i 蛋壹会缀快戆降解劳爨较高效的d l 蛋自修复键巧产生数赣 的d l 鬣自来代替。d l 蛋台的降解可受可觅光、远红光和紫外光诱鼯和加剧。在飚 常的，土长环境中，d l 蛋白的降解速率小于合成速率：假是一旦暴嚣于强光下或强 光与环境胁迫穗偶联时，d l 蛋是的降解速率藏会超过其食成速率，鼯致p s i i 反墩 中心的破坏澍1 。 s h e n 等一j 贝0 将低温暗处理厝放氧活性的失活归结为p s i i 外周蛋白的降解，引发 与p s i i 复合体相连的锰簇丢失。低温暗处理光台功能的失活是可逆的。搀低温处域 时片放予室温和中等先强下，放戴活毪翡浚篪哭需3 0 m i n 6 2 1 。檀物京强竞下发垒巍 抑制，主要部位在p s i i 6 3 op s i i 光抑制的特征是p s i i 量子效率的降低和p s i i 反成 中心d l 蛋白的降解。p s t l 受体侧的光抑制被认为是p s i i 电子传递及d 1 蛋白降解 豹圭妥搬刳洋l 。 低温虽能加剧光抑制，但不定引起d l 蛋白的降解，但是解除低温后d 1 骚 白的降解反而加快。这是由于低濑降低了受损d 1 蛋白的降解速率，温度回升后d l 蛋鸯兹零戆攘抉。a r o 等 6 4 1 豹实验表明， 爰滋强走下无论楚活葵还是凑律郝发生了 p s i i 的光抑制，但却未发现d l 鬣自的降解。低温通过降低植物对激发能的利用， 从而造成激发压力的增加来加剧p s i i 的氧化破坏。g r e e r 椁【6 5 】曾指出，光抑制对p s i i 的破坏鞠修复是露辩发生靛，必搀制的程度取决于p s i i 损伤与修复豹速率，p s i i 的修复鬻要d l 蚤爨的重新合成釉插入。a l l e n 稻o r t 等嘲l 认为，低温降低了膜静流 动性，从而影响了受损的d l 蛋白的扩散速率，阻碍了新合成的d l 蛋白的插入。 d l 蛋囱损揍一修复缀环约正常更麟速率会受到低温的于扰，因此p s i i 驰光破坏会翼 加赘显。诧外当低澈影螭了d l 骚白霹逆转换修复进程审最常筋替换率对光损坏会 很明显，这主要是幽于编码d l 鬣白的质体撼因p s b a 表达的变化。低温降低了膜的 流动性，出此被认为是低温通过减慢光损坏了的d 1 蛋翻的扩散来减少d 1 蛋白的 受薪率。骞久逶过鏊霾工程降低类囊俸l 蠢菸酸静缝饔凄寒减轻 暴瀑光照遥残蕊竞黪 制可能就是通过增强光损坏了的d l 蛋白的扩散来提高d i 蛋白的修笈率【6 ”。 大多数关于高温诱导光合器官变化的研究在暗处进行。只有少量信息可用于光 照鞫溢发翡交互影穗。d l 蛋鑫豹降解已经在活体内强翻及溪髂羚搿、硼麓类囊体貘纛 发现。s i n g h 对小麦( t r # i c u ma e s t i v u ml ，c v h d 2 3 2 9 ) 的研究发现，类囊体膜谯 2 5 c 暗处理下没有发生d l 蛋白降解，而在4 0 暗处理下，发现一个2 3 k d a 的d 1 蛋垂洚解产物。僵是在4 0 照巍下，主嚣投毒发现d | 蛋囊降缨产物。 7 0 l 在3 5 、4 0 、4 5 、5 0 、5 5 和6 0 不同处理中，激大d i 蛋囱降解产物( 2 3 k d a 片段) 产生在4 5 ，超过4 5 时温度的增加会引起降解产物( 2 3 k d a 片段) 的损失。然 擘 而伴随着降解产物( 2 3 k d a 片段) 的损失，d l 疆向中的大分子交联产物团出现在 5 0 。c 至06 04 c 处理中。高潞下降解产物( 2 3 k d a j + 段) 的损失w 能由于交联产物的形 成或是d 1 爨自蹲孵产物瓣失活l ，”。 依赖予温度的光诱警d l 蛋白降解已被骰为鬣l j 酶包含予d l 蛋自降解产物静 证据【7 2 i 。e m a n u e l 等1 7 3 1 的研究表明离温胁迫( 3 8 。c ) 下，大豆和豌豆的d l 蛋白 合成受到抑制。植物对嬲滠胁迫的通成与胁迫诱静蛋白豹形成有关，可能通过骥脂 流动豹调繁。1 7 4 - 7 9 瑟当整余瑶c d 耪游与高温耱遗嗣时送行辩，d l 蛋自的溺转反应 发生了不同于单个胁迫的变化，d l 疆白的合成一j i - l f i i 艮i ! l 窀，然后会髓副严重的 抑制。高温首先影响放飘复合体的镟簇元素面c d 可能先影响卡尔文循环m 和】。 1 2 孳l 言 革莓( f r a g a r i a “m 一础_ “d u c h ) 憾义名称为s t r a w b e r r y ( 义有e r d b e e r e ，f r a i s e 等 名称) ，属于蔷薇科( r o s a c e a e ) 蔷城贬科( s u b f a nr o s o i d e a e ) 革莓属( f r a g a r i a ) ， 瓣艺学分类为浆莱类 b e r r y 或b a c c a ) ，为多年奎主擎奉植物。 草莓原产于美洲，世界上草莓属植物约5 0 个种。最早栽培始于1 4 馓纪最初 在法国栽培，后传到英嘲、荷兰、j 0 发等陶。一i 过! 与时只是把野生种栽培化，到了 1 8 毽纪中期，大巢銎弧絮擎鹭蠢或瑟蠢，l ：鲶疆饯孳毽裁蝰。蘩毽怼气绥秘主壤篆转 有广泛的适陂性，从热带! l - l l i 扳潮附近均有分彳i 。我国革德的野生种质资源极为丰 翥，但栽培的历史较短，2 0 世纪初自欧洲、美围、f l 本引进，近几年来发展较快。 我翻j 起熙龙缝，嘉到广东，象起d l 羹i ，i j l 至i ：- f - i i 瓣郑有枣| l 援川。 草舔怒种经济价缎较l 链的小浆聚。仡l h ：i 拜符阑f j 小浆采生产中，肇懿的产量 戍胧培i f i i l ： i fj j 门f 托。砷：俯粜炙莱软彩汁，h 订乔昧。粜灾除禽牯、酸、蛋白 矮终，还含有丰富的磷、铁、钙等矿物艨秘缎生豢。梁实除鳐食外，还霹测成革莓 酱、革莓滔、速冻食品镣。 草莓繁嫩容易适成性强，栽培周期短，不需要长期固定的园地，邋于作幼龄 架园豹闽作物和菜园、灏灏豹轮作物+ 也可利用朗旁空地裁檬。 孳骜厅始结采恹，莱寅成熬擎。楚最孚乏帮翦新鲜承采。警秋栽穰。次年5 6 月果实成熟。有较好的产量，在保证粜她周年供成中起到一定作用。 近年柬，随着市场缀济活跃，旅游事业发塍，食品工业迅速发展，人民生活水 平曩蕊握离，怼孳莓兹瓣求疆不鞭璞火，蕃地秘舔经营罄餐瀚织极性空藤寒涨，栽 培断积迅速扩大。例如伐竹合肥地ix ：kl ：型的t - 俅种植脚u 烈模，不仅为农民种植 户增加了收入，草莓产般也成了当地的支拄产业之一。草莓焱生产中既会遇到高温 黪遥也会邂剿 氛潼魏追，綦嚣究革莓# + 菸蠢台规擒撩港菠魏遥下臻揍、掺笈瑷及薅辫 机制，能为草莓波施栽培中的温度控制提供理论依据。 第二章低温胁迫对草莓叶片光合作用的影响 2 1 试验材料 试验于2 0 0 3 2 0 0 4 年在浙江大学华家池校区内进行。供试材料为草莓( f r a g a r i a a n a n a s s a d u c h ) 品种“丰香”( 不耐寒) 、“鬼怒甘”( 耐寒耐热) 和“明磊”( 耐寒) 。 选取长势一致、健壮的三叶一心苗，移栽于高1 6 8 m m 、口部直径1 7 6 m m 、底部直 径1 2 2 m m 的塑料盆钵中，培养基质为含有壤土、泥炭和粗砂( 体积比为7 ：3 ：2 ) 的 混合土，生长期间保证水分