两种生态型黄瓜幼苗光系统I抗氧化酶对弱光的响应-

1、两种生态型黄瓜幼苗光系统I抗氧化酶对弱光的响应*论文导读:：黄瓜是中国北方日光温室生产的主要蔬菜作物之一。且弱光往往与低温、亚适温相伴出现。上清液立即用作抗氧化酶的测定。论文关键词：黄瓜，弱光，光系统I，抗氧化酶黄瓜是中国北方日光温室生产的主要蔬菜作物之一。在日光温室黄瓜生产中，光照不仅影响室内温度、湿度等环境条件，同时也是影响温室黄瓜生长发育的首要环境因子。光照条件差，不仅严重影响黄瓜产量，同时还会造成畸形瓜增多等。在黄瓜开花结果期，光量子通量密度为20100mol/(m2-s)的弱光持续35d会造成严重落花和化瓜。前人有关黄瓜耐弱光生理机制的研究大多是在日光温室生产条件下进行的，光照条件难

2、以控制，且弱光往往与低温、亚适温相伴出现。近几年，单一的弱光处理，特别是在适温条件下弱光处理对植物生理机制影响的研究也有不少报道，但主要侧重于弱光下黄瓜叶片光合及荧光特性的响应机制研究，而对PSI水-水循环体系中各种酶对弱光的响应机制研究较少。本研究采用2种不同生态型黄瓜品种，在人工气候室中内生物论文，研究了弱光逆境下，叶绿体中参与PSI水-水循环的超氧化物歧化酶SOD、抗坏血酸过氧化氢酶APX、脱氢抗坏血酸复原酶DHAR、单脱氢抗坏血酸复原酶MDHAR和谷胱甘肽复原酶GR等一系列酶活性的变化，旨在探索黄瓜耐弱光生理机制，为黄瓜高产优质栽培及生态育种等提供理论依据。1 材料和方法1.1 材料及

3、弱光处理试材为中国农业大学蔬菜系黄瓜育种课题组选育的S1和S404 2个黄瓜高代自交系。据多年田间观察及室内生理鉴定结果，S1耐弱光能力较强，S404那么为弱光敏感型。供试材料统一播种，采用基质育苗，待黄瓜幼苗长到三叶一心时，移入人工气候室中进行90100mol/(m2 -s)弱光处理LL，对照光强为500550mol/(m2 -s)CK，光周期为10h，25/18。每处理12株，3次重复。分别在弱光处理的第5天、10天、15天和20天取植株上部的功能叶测定相关生理生化指标。1.2 调查工程与方法2 结果与分析2.1 弱光对黄瓜叶片SOD活性的影响弱光处理对黄瓜叶片SOD活性的影响如图1所示。

4、在弱光处理的第5天和第10天，S1和S404叶片中SOD活性分别比对照平均高出64.8、45.6和28.2、10.3。随着弱光处理时间的继续延长，S1和S404叶片中的SOD活性在第15天和20天那么分别比对照有所降低。这说明在弱光胁迫的前期，由于类囊体上的超氧阴离子大量产生，诱使PSI中SOD活性增高。此时，S1叶片中的SOD活性与对照相比显著高于S404，说明S1叶片中的SOD对的去除能力显著强于S404，最大程度上减轻了对光合膜的损害。图1 弱光对不同生态型黄瓜叶片SOD活性的影响Fig. 1 Effect of low light on SOD activityof two ecoty

5、pe cucumber2.2 弱光对黄瓜叶片APX活性的影响从图2可以看出生物论文，对照处理中，2个黄瓜品种随着苗龄的延长，APX活性都逐渐地增加；而弱光处理5d时，APX活性都到达最大值。S1和S404分别比对照增加230.4和161.8，随后APX活性都有所降低，S1和S404在弱光处理的第15天都降到最低值，在弱光处理20天时酶活性又有所增强。S1在弱光处理的第15天酶活性比对照降低了63.1，到达最低值，而S404在弱光处理的第10、15和20天APX活性分别比对照降低了35.3、60.7和67.4。这说明在弱光处理的第5天，2个黄瓜品种类囊体中可能产生了大量的H2O2，导致APX活性

6、急剧增加，不过随着弱光处理时间的延长，进一步加深了氧自由基对叶绿体膜结构的破坏，致使PSI中APX酶活性逐渐丧失，此时S1叶片中酶活性降低程度要明显低于S404，说明在整个弱光处理过程中，S1对H2O2的去除能力明显强于S404。图2 弱光对不同生态型黄瓜叶片APX活性的影响Fig. 2 Effect of low light on APX activityof two ecotype cucumber2.3 弱光对黄瓜叶片DHAR活性的影响弱光对黄瓜叶片DHAR活性的影响如图3所示。在弱光处理的第5天，S1和S404叶片中的DHAR活性分别比对照提高了169.5和26.1，随后，S1在第10

7、和15天分别比对照提高了19.3和44.0，而S404却比对照降低了26.4和42.9。在整个弱光处理过程中，S1叶片中DHAR活性比对照平均高出32.0；而S404叶片中DHAR活性却比对照平均降低10.8。这说明S1在受弱光胁迫时，叶片中的DHAR保持较高的活性，特别是在弱光处理第5天，这样将会产生更多的抗坏血酸AsA，以去除更多的H2O2，同时也防止脱氢抗坏血酸DHA在植物细胞中的积累而引起的毒害作用。而S404叶片中的DHAR只在弱光处理的第5天活性比对照有所提高。图3 弱光对不同生态型黄瓜叶片DHAR活性的影响Fig.3 Effect of low light on DHAR act

8、ivityof two ecotype cucumber2.4 弱光对黄瓜叶片MDHAR活性的影响弱光对黄瓜叶片中MDHAR活性的影响如图4所示。随着弱光处理时间的延长生物论文，S1和S404叶片中的MDHAR活性都在逐渐的降低。在整个弱光处理过程中，S1和S404分别比对照平均降低49.0和45.2。不过在弱光情况下，S1叶片中的MDHAR酶活性一直高于S404。这说明在黄瓜受到弱光胁迫时，MDHAR对植物细胞中AsA的奉献率比拟小。由于MDHAR对单脱氢抗坏血酸自由基AFR的复原是在NAD(P)H参与下完成的，所以S1可能消耗更多的NAD(P)H，以产生更多的AsA，来抵御AFR对类囊体膜

9、的氧化胁迫。图4 弱光对不同生态型黄瓜叶片MDHAR活性的影响Fig.4 Effect of low light on MDHAR activityof two ecotype cucumber2.5 弱光对黄瓜叶片GR活性的影响图5 弱光对不同生态型黄瓜叶片GR活性的影响Fig.5 Effect of low light on GR activity of twoecotype cucumber从图5可看出，在整个弱光处理过程中，S1和S404叶片中GR活性分别比对照平均降低50.1和12.9。但是随着弱光处理时间的延长，GR活性都有不同程度的提高，S404叶片中GR活性增幅要高于S1。这说

10、明随着S1和S404对弱光的不断适应，GR活性的增强有利于复原型谷胱甘肽GSH的生成，提高黄瓜的抗氧化能力。由于GR催化氧化型谷胱甘肽GSSG的复原也需要NADPH的参与，所以弱光下S1对NADPH的消耗可能比S404小。3 结论与讨论在光合作用的电子传递中，水在PSII中放出氧气，分子氧在PSI被复原成，被SOD歧化生成H2O2；H2O2在APX催化下产生单脱氢抗坏血酸自由基AFR；AFR被复原型铁氧还蛋白redFd或NAD(P)H通过自发或DHAR和MDHAR催化下生成AsA和Fd氧化型铁氧还蛋白，而由DHAR催化生成的另一种产物氧化型谷胱甘肽GSSG在NADPH作用下，随后被GR复原成G

11、SH和NADP+，而Fd或NADP+随后又被氧化成redFd或NADPH，完成整个PSI的水-水循环。本研究显示，在弱光处理的第5天，叶片中的SOD、APX活性明显高于对照，可能是在黄瓜弱光胁迫早期，由于和H2O2的大量产生，诱使SOD和APX活性增高，从而减轻黄瓜叶绿体受到的氧化胁迫生物论文，维持叶绿体中活性氧代谢平衡，保护类囊体膜结构。而此时S1叶片中SOD和APX活性明显要高于S404。说明在弱光处理早期，S1对-和H2O2等活性氧的去除能力要强于S404。活性氧类物质对S1类囊体膜的破坏能力可能比S404要轻，有利于其吸收更多的光能。SOD活性变化不仅与弱光处理强度有关，而且与弱光处理

12、时间长短也有关；SOD活性在轻度弱光处理下升高，严重弱光逆境下下降；短期弱光处理下，SOD活性上升程度越大，品种耐弱光性程度越强，长期弱光处理下，SOD活性降低程度越大耐弱光性越强。对于APX来说，如果进行短期的弱光处理，那么其活性高的黄瓜品种可能耐弱光能力较强，如果进行长期弱光处理，那么其活性降幅低的黄瓜品种可能耐弱光能力较强下载中心。因此，通过SOD和APX来初步鉴别黄瓜耐弱光能力时，弱光处理时间长短和弱光强度显得尤为重要，这可能是很多弱光胁迫研究中，酶活性变化复杂性的原因之一。由于弱光处理早期APX活性增强，导致AFR的大量产生，此时DHAR和MDHAR对AFR的去除将起到关键作用。但是

13、本研究只观察到DHAR活性在弱光处理第5天时有所增强，而MDHAR活性反而比对照要弱，说明在黄瓜弱光胁迫中，尤其是早期，对AFR的去除主要是DHAR在发挥作用。而且此时S1叶片中的DHAR增幅要高于S404，使得S1所产生的AsA对H2O2的去除能力要远远强于S404。同时AsA在S1叶片中含量的提高，也有利于增强其对氧化胁迫的抵御能力。在弱光胁迫下，MDHAR活性虽然有所降低生物论文，但是S1类囊体中的酶活性仍然高于S404。GR被认为是维持谷胱甘肽处于复原型的一种关键酶。在弱光胁迫下，S1和S404叶片中的GR活性与对照相比都有所降低，这种结果与前人的研究比拟一致。这说明GR在去除H2O2

14、和维持GSH含量方面并没有扮演重要的角色。NADPH作为植物把光能转变成化学能的贮藏形式之一，在植物碳同化过程中发挥着重要的作用，它能将CO2转化成稳定的碳水化合物。在PSI水-水循环中，AFR和GSSG的复原都需要NADPH的参与。而催化这两个反响的MDHAR和GR在弱光下活性比对照都有所降低，可能与细胞内NADPH含量有关。弱光下，由于植物吸收的光能较少，势必导致化学能NADPH含量降低，影响MDHAR和GR所催化的反响。进而会影响到PSI电子传递速率。在MDHAR所催化的复原反响中，弱光下，S1可能通过消耗更多的NADPH以产生更多的AsA，以抵御氧化胁迫；而在GR所催化的反响中，S1却

15、降低了对NADPH的消耗，更多的用于碳同化，形成更多的碳水化合物。S404却相反。因此，耐弱光品种S1可能通过调节NADPH在PSI水-水循环电子传递链中的分配来更好地适应弱光逆境。参考文献：【1】王永健,张海英,张峰,等.低温弱光对不同黄瓜品种幼苗光合作用的影响. 园艺学报,2001,28(3):230 234.【2】陈青君,张福墁,王永健,等.黄瓜对低温弱光反响的生理特征研究. 中国农业科学，2003,36(1):77 81.【3】周艳虹,喻景权,钱琼秋,等.低温弱光对黄瓜幼苗生长及抗氧化酶活性的影响. 应用生态学报,2003,14(6):921 924.【4】陈青君,张福墁,王永健,等临

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