【摘 要】
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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,
【基金项目】
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国家基金“基于叶绿素代谢和光系统活性解析欧李叶片叶绿体与超微弱发光激发的关系”(31960571);
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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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