欧李叶片叶绿体及其功能与超微弱发光激发的关系

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超微弱发光(Ultraweak luminescence,UWL)在植物上的研究刚刚起步,对其产生的来源和机制尚未明确。本研究以欧李(Cerasus humilis)为试验材料,对盐胁迫和光胁迫两种调控方式下欧李叶片的叶绿素(Chlorophyll,Chl)代谢、光系统活性、光合性能、叶绿体结构等叶绿体功能的变化规律及UWL的变化规律进行研究,解析Chl代谢、光系统活性及叶绿体与UWL发生的关系,探索侧重于Chl代谢和光系统活性的叶绿体及其功能与UWL激发的关系,为揭示UWL与植物生长生理的关系及植物中UWL产生的来源提供理论依据。本研究主要结果如下:1.在盐胁迫和光胁迫下,欧李叶片UWL强度均随胁迫时间的延长而降低,且胁迫程度越重,UWL强度下降的越快。2.盐胁迫和光胁迫下,欧李叶片Chl代谢和Chl含量变化不同。盐胁迫降低了Chl合成前体各物质的含量及Chl含量;UWL随之下降;相关性分析显示,盐胁迫下UWL与Chl合成前体物质、Chl含量呈显著正相关。光胁迫促进了Chl代谢过程,增加了Chl合成前体及代谢酶含量,从而增加了Chl含量;同时UWL强度下降;进一步相关性分析结果显示,光胁迫下Chl合成前体、代谢酶和Chl均与UWL呈显著负相关。盐胁迫和光胁迫下,欧李叶片光系统活性均受到严重抑制,放氧复合体(Oxygen evolving complex,OEC)活性降低,类囊体膜完整性降低,光系统Ⅱ(PhotosystemⅡ,PSⅡ)光化学效率下降,整体性能指数下降,QA-QB电子传递受阻,同时光系统Ⅰ(PhotosystemⅠ,PSⅠ)反应中心过度还原,导致能量合成受阻,进而能量水平下降,从而导致光系统活性下降。同时UWL强度在两种胁迫中均下降。进一步光系统活性各指标与UWL相关性分析的结果显示,UWL与主要参数FV/Fm、FV/FO、PIABS、RC/CSm、φE0、ΨE0及单位反应中心或单位叶截面上能量的吸收、捕获、传递及利用显著相关。说明欧李叶片光系统活性与UWL的产生有关,光系统活性的强弱影响UWL的强度,UWL强度随光系统活性的降低而下降。盐胁迫和光胁迫下,欧李叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均下降,而胞间CO2浓度(Ci)上升,表明欧李叶片光合性能下降;UWL强度随之下降。同时相关性分析表明,UWL与Pn、Tr、Gs呈显著正相关,与Ci呈显著负相关。说明欧李叶片光合作用与UWL产生有关,光合性能高低影响UWL的强度,UWL强度随光合性能的降低而下降。3.在盐胁迫和光胁迫下,欧李叶片叶绿体超微结构均遭到破坏,且胁迫程度大,结构破坏更严重。主要表现为内部结构松散,类囊体降解,基粒模糊,淀粉粒消失。叶绿体结构的破坏直接导致叶绿功能降低。4.综合上述结果,盐胁迫和光胁迫下,欧李叶片Chl代谢和Chl含量受到影响;光系统活性降低,能量生成效率和能量水平下降,导致了光合性能下降;以上生理变化均表明欧李叶片光合作用下降。同时,两种调控状态下叶绿体结构遭到破坏。叶绿体光合作用下降与结构的破坏均指示胁迫下叶绿体功能下降,叶绿体功能下降最终导致UWL激发受到影响,UWL强度下降。以上结果揭示了叶绿体功能与UWL密切相关,叶绿体是激发UWL的细胞器之一。
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