外源多氨基芳香族化合物对高温强光下芦苇离体叶绿体叶绿素降解的缓解作用

外源多氨基芳香族化合物对高温强光下芦苇离体叶绿体叶绿素降解的缓解作用 () 西北植物学报 ,2011 ,31 8:1637 - 1643 Act a B ot . B o r e a l. 2Occi de nt . Si n. 3() 文章编号 :100024025 20110821637207 外源多氨基芳香族化合物对高温强光下芦苇 离体叶绿体叶绿素降解的缓解作用 1 2 3王静, 浦铜良 ( )1 宁夏大学 新技术应用研究开发中心 ,银川 750021 ; 2 兰州大学 生命科学学院 ,兰州 730000 摘 要 :以甘肃省河西走廊临泽县境内荒漠地区 2 种生态型芦苇为主要研究材料 ,研究了在添加多氨基芳香族化 ( ) 合物 M r856 , PA A C条件下 ,不同温度 、光照强度处理及处理时间对沙芦和水芦离体叶绿体叶绿素相对含量的影 ( ) 响 ,以探究 PA A C 对高温强光条件下离体叶绿体可能的保护机理 。结果明 : 1外源 PA A C 对水芦和沙芦离体 () 叶绿体叶绿素相对含量的影响因环境光照强度 、温度和处理时间的不同而异 ; 2光照强度对离体叶绿体叶绿素相 - 2 - 1 μ对含量的影响不温度有兲 ,且随着处理时间的延长而增强 ,在光照水平为 1 000 mol ?m ?s 下 ,沙芦叶绿素相 () 对含量在不同温度下均高于水芦 ; 3外源 PA A C 可明显减缓高温强光胁迫下水芦叶绿素相对含量的降低趋势 ,尤 其对强光胁迫下叶绿素相对含量降低的效应更明显 。研究结果说明 , PA A C 可能作为沙芦叶片中具独特分子结构 特征的相容性溶质 ,可减缓高温强光下离体叶绿体叶绿素的降解 ,对离体叶绿体有一定的保护作用 。 ( ) 关键词 :多氨基芳香族化合物 PA A C;芦苇 ;离体叶绿体 ;叶绿素 ;高温强光 中图分类号 : Q945 . 78 文献标志码 : A Possible Funct ion of Pol ya mine Aromat ic Compoun d of Dune Reed to Alleviate the Degra dat ion of Isolated Intact Chl oropla st under High L ight Intensity and High Temperature 1 2 3WA N G J i ng, PU To ng2lia ng ( 1 Develop ment Cent er of New Technique Applicatio n a nd Re search , Ni ngxia U niver sit y , Yi nchua n , Ni ngxia 750021 , Chi na ; 2 )School of Lif e Science ,L a nzho u U ni ver sit y ,L a nzho u 730000 , Chi na Abstract : Isolat e d i nt act chlo rop la st f ro m t wo eco t yp e s of reed p la nt at He xi Co r ri do r w hich i s i n L i nze Co unt y of Ga n su Pro vi nce we re u se d to st udy t he aff ectio n of va rio u s t e mp e rat ure ,li ght i nt e n sit y a nd t reat ti me to t he relative co nt e nt of i solat e d i nt act chlo rop la st i n e xi st of pol ya mi ne a ro matic co mpo und ( ) ( ) PA A C. The re sult s we re su mma rized a s follo w s : 1 t he po ssi ble f unctio n of PA A C o n i solat ed i nt act chlo rop la st relative co nt e nt of dune ree d a nd swa mp reed we re va ria ble a s t he va rio u s t reat ti me ,li ght i n2 () t e n sit y a nd t e mp erat ure ; 2The chlo rop hyll relative co nt e nt of dune ree d i s hi ghe r t ha n t hat of swa mp reed under ill umi natio n co nditio n . The i solat e d i nt act chlo rop la st relative co nt e nt i s i nt e r relat e d wit h t he t e m2 p e rat ure u nde r t he li ght i nt e n sit y i n va rio u s t reat co nditio n . It i s rei nfo rced a s t he p rolo ng of t reat ti me . The e xo ge no u s PA A C ca n o bvio u s alleviat e t he re ductio n of i solat e d i nt act chlo rop la st relative co nt e nt of - 2 - 1 μ() swa mp reed u nde r ill umi natio n co nditio n of 1 000 mol ?m ?s ; 3The e xo ge no u s PA A C ca n o bvio u s alleviat e t he reductio n t re nd of i solat ed i nt act chlo rop la st relative co nt e nt of swa mp ree d unde r high t e m2 3 收稿日期 : 2010204219 ;修改稿收到日期 :2011206229 ( )基金项目 : 国家自然科学基金 30470163 ( ) ( ) 作者简介 : 王 静 1981 - ,女 汉族,实习研究员 ,主要从事植物生理不分子生物学方面的研究 。E2mail : ho neywa ngji ng @163 . co m 3 通讯作者 :浦铜良 ,博士 ,副教授 ,主要从事植物逆境生理方面的研究 。E2mail : tlp u @lzu . cn p e rat ure a nd hi gh li ght i nt e n sit y co nditio n . It i s sp eculat ed t hat PA A C a s a co mp ati ble sol ut e wit h a sp ecific st r uct ure i n t he la mi nae of dune ree d. It ca n alleviat e t he de gra datio n of i solat e d i nt act chlo rop la st u nde r hi gh li ght i nt e n sit y a nd hi gh t e mp erat ure ,to p ro t ect i solat e i nt act c hlo rop la st i n a ce r t ai n e xt e nt . ( ) Key words :pol ya mi ne a ro matic co mpo und PA A C; P h r a g m i tes com m u nis Tri n . ;i solat ed chlo rop la st ;p ho2 to synt he si s pi gme nt ; hi gh t e mp erat ure a nd hi gh li ght i nt e n sit y 巴丹吉林沙漠地带的沙生芦苇 ,由于其独特的1 . 2 叶绿体的提取纯化制备 生理生化遗传结构等方面的因素 ,可以在恶劣的环 植物材料叶绿体的提取 、纯化制备参照卢太白[ 5 ] 等的方法 。将材料不缓冲匀浆液 A [ 0 . 33 mol/ L 境中生存幵繁衍 ,表现出径强的抗逆性 。多氨基芳香 蔗 糖 , 50 mmol/ L Tri s2H Cl p H 8 . 0 , 10 mmol/ L ( 族化合物 Mr856 ,polyamine aro matic co mpo und ,简称 ) ( ED TA , 5 mmol/ L 巯 基 乙 醇 , 0 . 1 % B SA V / V , ) PAAC是一种仅存在于沙丘生态型芦苇叶中具独 特分子结构特征的小分子物质 ,在沙芦叶片中其含 () ( 1 . 0 % PV P V / V ,10 mmol/ L M gCl] 按 1 ?4 W / 2 量呈现出明显的季节变化 ,不环境高温之间呈现径 ) V 比例进行冰浴研磨 。300 目尼龙网过滤 ,滤液于 [ 1 ] 高的相兲性 ,且该化合物在叶绿体中的含量径高,( 3 000 ×g 离 心 10 mi n , 将 沉 淀 悬 浮 于 B 液 0 . 33 因此研究 PA A C 在提高沙芦抗逆性方面的作用有 mol/ L 蔗 糖 , 50 mmol/ L Tri s2H Cl p H 8 . 0 , 3 [ 5 ] ) 十分重要意义 。 mmol/ L ED TA ,5 mmol/ L M gCl。用氧电极法 2 植物体是一个开放体系 ,在其生长发育的整个 测定叶绿体的完整率在 80 %以上 ,完整率测定参见 [ 6 ] 时期不但不外界环境不断地进行物质 、能量和信息 叶济宇等的方法 。叶绿素含量测定参照 L ic he nt2[ 7 ] haler 等修正后的 A r no n的方法 ,用岛津 U V22550 交换 ,而且同时还会受到各种逆境的胁迫 。在任何 (型紫外可见分光光度计测定 由兰州大学 GL P 测试 一种不良环境胁迫下 ,植物都会表现出光合速度下 ) μ实验室提供,幵调整浓度为 50 g/ mL 。 降 ,同化产物供应减少 ,导致植物生物产量降低 ,这 些影响的产生部分归因于光合色素含量的降低 。而 1 . 3 PAAC、温度和光照处理 在各种胁迫因子中 ,温度和光照对植物的生长发育 取 2 种芦苇离体完整叶绿体置于 4 ?环境中 ,有着重要的影响 ,高温强光会引起植物脱水 、生长受 依据 预 备 实 验 结 果 加 入 PA A C 至 终 浓 度 为 25 抑 、蛋白质变性 、酶失活 、光合速率下降等生理状态 mmol/ L ,轻缓地混匀后静置 5 mi n , 转入恒温很环 [ 223 ] 的变化。目前 ,对于各物种在高温强光胁迫条件 水浴系统中 , 分别控制温度为 25 ?、35 ?、45 ?, 放 - 2 - 1 下叶绿素含量的变化研究结果不尽相同 ,且大多以 μ置于光照强度为 200 或 1 000 mol ?m ?s 环 境[ 4 ] 高温或高光强作为单一因素开展研究,而植物体 下幵缓慢电磁搅拌 ,分别于 0 、1 、2 和 3 h 时取样 在其生长发育过程中 ,温度和光照往往相伴出现 ,因 幵测定叶绿素含量 。以未经 PA A C 处理的样品作 ( 此本试验以 2 种不同生态型芦苇 P h r a g m i tes com2为参照 ,每个处理重复 3 次以上 ,文中各数据均为平 ) m u nis Tri n . 为材料 ,在人巟控制条件下 ,从处理温 均值 。 度 、光照及时间入手 ,研究高温 、高光强对植物体离 1 . 4 数据分析 体叶绿体叶绿素含量的影响 ,旨在了解 PA A C 对高 在检验 PA A C 对不同材料 、温度 、光照强度及 温 、高光强逆境下叶绿体的保护作用及其机制 。处理时间离体叶绿体叶绿素 a 、叶绿素 b 相对含量 的影响时采用四因素方差分析 ,用 SA S 统计软件对 1 材料和方法 试验数据进行统计分析 。 1 . 1 材料及来源 2 结果不分析 () 沙丘芦苇 以下简称为沙芦生长在甘肃省河西 2 . 1 PAAC 对不同材料离体叶绿体叶绿素相对含 走廊临泽县境内干旱荒漠地区沙丘顶部 ,水生芦苇 () 量的影响 以下简称为水芦生长在水分状冴良好的同一时期 ( 和同一地区 ,以这 2 种不同生态型芦苇叶片 植株从 表 1 显示 ,经外源 PA A C 处理 1～3 h 后 ,水芦 ) 和沙芦处理组叶片离体叶绿体叶绿素 a 相对含量均 上到下第 3～5 片为主要实验材料 ,将样品立即放 ( ) 显著高于对照组 C K ,未经 PA A C 处理,沙芦叶绿 入液氮况藏备用 , PA A C 的提取及分离纯化过程见 文献[ 1 ] 。素 a 相对含量始终高于同期的水芦 ,且随处理时间 8 期 王 静 ,等 :外源多氨基芳香族化合物对高温强光下芦苇离体叶绿体叶绿素降解的缓解作用 1639 ) () ( ) 的延长 2 种材料间的差异越大 ; 随着处理时间的延组合 ,下同中沙芦 D R和水芦 SR叶绿素 a 和叶 长 ,水芦和沙芦各处理的叶绿素 a 均逐渐降低 ,但降 绿素 b 相对含量均随处理时间的延长有不同程度的 低幅度表现为 PA A C 处理组小于对照组 ,沙芦小于 降低 ,只是各处理组合降低的幅度和快慢各异 。在 水芦 。在外源 PA A C 处理过程中 ,水芦和沙芦叶片25 ?处理条件下 , 离体叶绿体叶绿素 a 和叶绿素 b离体叶绿体叶绿素 b 相对含量的变化趋势不叶绿素 a 相对含量在沙芦和水芦间 、PA A C 和 C K 间均无显 ( ) 相同 ,但其降低幅度明显小于叶绿素 a ,尤其在水 芦著性差异 P > 0 . 05。在 35 ?处理条件下 ,D R/ C K () 中表现徇更为突出 。可见 , PA A C 对离体叶绿体 表沙芦/ 对照 ,下同处理的叶绿素 a 含量在处理 2 h 现出有效的保护作用 ,幵在沙芦中表现徇更明显 。 时比 25 ?时显著下降 , SR/ PA A C 、SR/ C K 在处理 3 2 . 2 PAAC 对高温胁迫下离体叶绿体叶绿素含量 h 时也比 25 ?显著降低 ; 离体叶绿体叶绿素 b 含量 的影响 在 SR/ C K 和 D R/ C K 中分别处理 1 h 和 3 h 时显著 (低 于同期25 ?处理 ;其余处理组合的叶绿素含量均 由表 2 可知 ,所有处理组合 材料不 PA A C 、C K 表 1 外源 PAAC 处理下 2 种材料离体叶绿体叶绿素相对含量 Table 1 The relative co ntent of chlo rop hyll f ro m i solated chlo ropla st of t wo kind of material s under exo geno us PA A C t reated/ % 处理时间T rea tment time/h 叶绿素 材料 处理 Chlo rop hyll Materia lTrea tmen t0 1 2 3 PA A C 100 . 00 ?0 . 02a 95 . 85 ?4 . 48a 93 . 56 ?5. 25a 90. 63? 6 . 36a D R C K 100 . 00 ?0 . 02a 87 . 49 ?5 . 64 b 80 . 49 ?7. 61 b 78. 30 ?10 . 39 b 叶绿素a Chlo rop hyll a PA A C 100 . 00 ?0 . 01a 90 . 14 ?4 . 09a 85 . 54 ?7. 13 b 78 . 28 ?12 . 60b SR 100 . 00 ?0 . 02a 84 . 40 ?11 . 18b 74 . 96 ?18.38 c 65 . 42 ?24 . 79c C K PA A C 100 . 00 ?0 . 02a 95 . 50 ?3 . 06a 92 . 71 ?5. 27a 89. 21? 5 . 24a D R C K 100 . 00 ?0 . 04a 91 . 67 ?7 . 40ab 88 . 77 ?7. 52 b 84. 96 ?7 . 23 b 叶绿素b Chlo rop hyll b PA A C 100 . 00 ?0 . 01a 96 . 39 ?2 . 42a 94 . 12 ?5. 26a 88. 89? 9 . 50a SR 100 . 00 ?0 . 03a 93 . 09 ?5 . 07a 85 . 52 ?10 . 03 b 81. 22? 10 . 85 bc C K 注 :表中数据为平均值 ?误差; 同列不 同小写字母表示处理间在0 . 05 水 平差异显著;D R. 沙芦 ; SR.水芦 ; PAA C. 多氨基芳香族化合;下同物 。 No te : The datai n t he tablea re mean standard devi nat ;iDoifferent nrmaol le tter s wit hin same column indicate significant differenc nge t raemao tmen ts at 0 . 05 lev2 el ;D R. Dune ree dS ;R. Swamp ree PdA ; A C. Polyamine a mroatic c ompo und; The same as belo w. 表 2 高温处理下 2 种材料离体叶绿体叶绿素相对含量 Ta ble 2 The relative co ntent of chlo rop hyll f ro m i solated chlo ropla st of t wo kind of material s under high temp erat ure wit h exo geno us PA A C t reated/ % 相对叶绿素a 含 量 Chlo rop hyll a co ntent/ % 相对叶绿素b 含量 C hlo rop hyll b co ntent/ % 处理 Trea tmen t1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h PAA C 99. 52? 1 . 03a 99 . 58 ?1 . 44a 98 . 86 ?2 . 25a 99 . 53 ?10.0 8a 97 . 62 ?11 . 67a 95 . 84 ?8 . 43a D R 95. 97? 13 . 24a 91 . 45 ?0 . 21a 93 . 91 ?1 . 98a 99 . 21 ?8 . 77a 96 . 03 ?15 . 44a 93 . 06 ?5 . 60a C K 25 ? PAA C 94. 96? 2 . 54a 92 . 13 ?2 . 22a 90 . 53 ?6 . 58ab 95 . 46 ?5 . 88a 96 . 23 ?5 . 90a 98 . 25 ?2 . 04a SR 95. 05? 16 . 18a 94 . 71 ?2 . 07a 90 . 89 ?4 . 55a 98 . 44 ?9 . 99a 96 . 42 ?3 . 48a 93 . 47 ?3 . 85a C K PAA C 99. 99? 1 . 27a 97 . 65 ?2 . 09a 96 . 43 ?23 . 11a 96 . 24 ?5 . 09a 92 . 37 ?7 . 84a 89. 90? 11 . 21ab D R 90. 53? 2 . 25ab 86 . 79 ?9 . 18 b 86 . 78 ?19 . 78b 93 . 74 ?4 . 27a 89 . 29 ?19 . 21 b 87. 24? 9 . 20 b C K 35 ? PAA C 94 . 69 ?21 . 23a 90 . 46 ?5 . 39ab 88 . 57 ?12 . 84 b 99 . 70 ?6 . 78a 99 . 74 ?4 . 66a 94 . 75 ?2 . 56a SR 96 . 18 ?10 . 08a 91 . 75 ?10 . 60a 88 . 28 ?13 . 66 b 89 . 39 ?7 . 99 b 83 . 03 ?10 . 66 b 81 . 67 ?8 . 55 b C K PAA C 99. 49? 0 . 69a 97. 33? 11 . 34a 92 . 65 ?12 . 89a 98 . 41 ?8 . 69a 98. 04? 13 . 21a 94 . 14 ?16 . 22a D R 87. 79? 11 . 24 b 80. 00? 18 . 56 bc 79 . 53 ?9 . 22c 96 . 75 ?7 . 88a 93. 00? 18 . 11a 91 . 00 ?6 . 54a C K 45 ? PAA C 89. 20? 9 . 26 b 87 . 05 ?9 . 43 b 83 . 40 ?24 . 11 b 97 . 84 ?6 . 12a 98 . 25 ?7 . 27a 96 . 50 ?4 . 34a SR 86. 27? 19 . 08 b 79 . 53 ?21 . 23c 75 . 88 ?20 . 35c 98 . 38 ?11 . 31a 91 . 65 ?5 . 71a 83 . 75 ?14. 42 b C K ( ) 不 25 ?无显著差异 。在 45 ?处理条件下 ,离体叶绿,幵在处理结束时 3 h表理组合间的差异要小徇多 体叶绿素 a 含 量在 D R/ C K、SR/ PA A C 和 SR/ C K现出水芦反而高于沙芦的趋势 。以上分析说明 ,强 中在处理 1 h 时就显著低于同期 25 ?处理 ,但 D R/ 光胁迫均使沙芦和水芦的离体叶绿体叶绿素含量不 PA A C 在整个处理过程中始终不同期 25 ?处理无 同程度降低 ,幵对叶绿素 a 的影响更为明显 ; PA A C显著差异 ;在此高温条件下 ,叶绿体叶绿素 a 含量在 对强光胁迫下的叶绿体具有一定的保护自用 ,有效 各处理时间均 表现 为 D R > SR 、PA A C > C K 的 趋 缓解其中叶绿素 a 的降解 ,且在沙芦中表现徇更明 势 ;叶绿素 b 含量仅在 SR/ C K 中于处理 3 h 时比同 显 。即沙芦离体叶绿体内可能自然存在其独有的增 期 25 ?处理显著降低 。以上结果说明 ,高温胁迫下 强抗性的因素 ,幵且这种因子幵不随着光照 、温度等 离体叶绿体叶绿素含量的稳定性表现为叶绿素 b > 条件的改变而变化 。由此推测沙芦离体叶绿体自身 叶绿素 a 、沙芦 > 水芦 、PA A C 处理 > 对照 , 结果显 具有某种保护机制 ,可以减缓沙芦叶绿体在高光强 示 , PA A C 对叶绿体具有明显的保护效应 , 尤其是 下的伤害作用 。 经 PA A C 处理的沙芦叶绿素 a 和 b 含量在 25 ?～ 2 . 4 PAAC 对高温强光复合胁迫下离体叶绿体叶 绿素含量的影响 45 ?条件下均无显著降低 。 - 2 - 1 μ2 . 3 PAAC 对强光胁迫下离体叶绿体叶绿素含量 由表 4 可以看出 , 在 25 ?/ 200 mol ?m ? s 的影响 复合胁迫条件下 ,水芦和沙芦 PA A C 处理组 、对 照 由表 3 可以看出 ,经 PA A C 处理的沙芦和水芦 组叶绿素 a 和 b 相对含量在不同胁迫时间均无显 著 μ离体叶绿体叶绿素 a 相对含量在相同光照强度和处 性差异 , 均保持在较高水平 。在 35 ?/ 200 mol - 2 - 1 理时间条件下总体比对照组高 ,且在水芦中表现尤 ?m ?s 复合胁迫条件下 ,就叶绿素 a 相对含量 - 2 - 1 μ为明显 。在 200 mol ?m ?s 光照强度下 ,随着 处而言 ,D R/ C K 和 SR/ PA A C 组合在胁迫 2 h 后显著 理时间的延长 ,各处理组合均有小幅度降低 ,且水 芦降低 , SR/ C K 叶绿素 a 相对含量也在胁迫 3 h 后显 的降幅稍大于沙芦 ,但 PA A C 处理不对照间均无 显著降低 ,但 D R/ PA A C 始终无显著变化 ; 而 SR/ C K - 2 - 1 μ著性差异 ; 不 200 mol ?m ?s 处理相比较 , SR/ C 叶绿素 b 相对含量在胁迫 1 h 后就显著降低 ,D R/ K 和 D R/ C K 处理组合叶绿素 a 相对含量在 1 C K 和 D R / PA A C 叶绿素 b 相对含量也分别在胁 - 2 - 1 μ000 mol ?m ?s 光照强度胁迫 1 h 后就显著降 低 迫 2 h 和 3 h 后显著降低 , 但 SR/ PA A C 组合始终 - 2 - 1 ( μ) P < 0 . 05, SR/ PA A C 处理组合则在胁迫 2 h 后 显无显著降低 。在 45 ?/ 200 mol ?m ?s 复合胁 迫著降低 ,所有处理组合在胁迫处理 3 h 后均显著 降条件下 ,D R/ C K、SR/ PA A C 和 SR/ C K 组合的叶 绿低 ,但此时仍以 D R/ PA A C 处理组合含量最高 , 幵素 a 相对含量在胁迫 1 h 后就显著下降 ,而 D R / PA 显著高于其他处理 。 A C 始终无显著降低 ; 各处理组合的叶绿素 a 相 就叶绿素 b 而言 ,各处理组合在强光胁迫下表 对含量受胁迫的影响要小徇多 , 仅有 SR/ C K 组合 现出不叶绿素 a 相似降低趋势 ,只是下降幅度和处 在胁迫 3 h 后有显著降低 。 表 3 不同光照处理下 2 种材料离体叶绿体叶绿素相对含量 Ta ble 3 The relative co ntent s of chlo rop hyll f ro m i solat ed chlo ropla st of t wo kind of matcrial s under diff erent light intensities wit h exo geno us PA A C t reated/ % 叶绿素a Chlo rop hyll a 叶绿素b Chlo rop hyll b 处理 Trea tmen t1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h PAA C 99. 52? 5 . 02a 99 . 58 ?0 . 65a 98 . 86 ?3 . 13a 99 . 53 ?3 ,29a 97 . 62 ?6 . 56a 95 . 84 ?3 . 04a D R 95. 97? 7 . 11a 91 . 45 ?1 . 32a 93 . 91 ?7 . 19a 99 . 21 ?1 . 66a 96 . 03 ?3 . 10a 93 . 06 ?2 . 95a 200 C K - 2(μmol ?m - 1 )PAA C ?s 94. 96? 2 . 33a 92 . 13 ?8 . 66a 90 . 53 ?3 . 68a 95 . 46 ?7 . 49a 96 . 23 ?4 . 77a 98 . 25 ?11.2 1a SR 95. 05? 1 . 43a 94 . 71 ?5 . 04a 90 . 89 ?8 . 02a 98 . 44 ?2 . 33a 96 . 42 ?8 . 47a 93 . 47 ?2. 95a C K PAA C 89 . 11 ?3 . 87 90 . 37 ?3 . 83a 86. 07? 2 . 34 93 . 00 ?4 . 43a 88 . 82 ?8 . 71 b 87. 54? 2 . 98 b D R 79 . 00 ?8 . 44 b 75 . 05 ?4 . 55c 71. 95? 2 . 15c 98 . 21 ?5 . 39a 95 . 00 ?11 . 61a 86. 00? 5 . 67 b 1 000 C K - 2(μ mol ?m - 1 )PAA C ?s 90 . 34 ?0. 99ab 86 . 12 ?3 . 66 b 79. 47? 11 . 32c 93 . 04 ?2 . 44a 91 . 42 ?5 . 93a 91 . 16 ?9 . 67a SR 84 . 83 ?1. 76 b 78 . 01 ?12 . 45c 65. 43? 17 . 88 d 95 . 5 ?10 . 95a 93 . 32 ?16 . 32a 90 . 14 ?5 . 67ab C K 8 期 王 静 ,等 :外源多氨基芳香族化合物对高温强光下芦苇离体叶绿体叶绿素降解的缓解作用 1641 表 4 高温强光共同胁迫下 2 种材料离体叶绿体叶绿素相对含量 Ta ble 4 The relative co ntent s of chlo rop hyll f ro m i solat ed chlo ropla st of t wo kind of matcrial s under high temp erat ure and light intentitie s wit h exo geno us PA AC t reat ed/ % 叶绿素a Chlo rop hyll a 叶绿素b Chlo rop hyll b 处理 Trea tmen t1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h PAA C 99. 52? 2 . 67a 99 . 58 ?5 . 93a 98 . 86 ?7 . 82a 99 . 53 ?3 . 22a 97 . 62 ?7 . 43a 95 . 84 ?5 . 01a D R 95. 97? 5 . 33a 91 . 45 ?6 . 67a 93 . 91 ?18.0 0a 99 . 21 ?4 . 78a 96 . 03 ?5 . 52a 93 . 06 ?14 . 21a μ(25 ?/ 200 C K - 2mol ? m - 1 )PAA C ?s 94. 96? 5 . 39a 92 . 13 ?7 . 45a 90 . 53 ?10 . 18b 95 . 46 ?1 . 94a 96 . 23 ?12 . 64a 98 . 25 ?20.3 0a SR 95. 05? 3 . 72a 94 . 71 ?3 . 19a 90 . 89 ?19 . 65b 98 . 44 ?5 . 07a 96 . 42 ?8 . 61a 93 . 47 ?9. 36a C K PAA C 99. 99? 2 . 98a 97 . 65 ?3 . 08a 96 . 42 ?12.6 4a 96 . 24 ?12 . 65a 92 . 37 ?8 . 46a 89. 94? 9 . 83 b D R 90. 53? 2 . 55ab 86 . 79 ?2 . 68 b 86 . 78 ?33. 00 b 93 . 74 ?19 . 52a 89 . 29 ?20 . 15 b 87. 24? 4 . 96 b μ(35 ?/ 200 C K - 2mol ? m - 1 )PAA C ?s 94. 69? 5 . 45a 90 . 46 ?25 . 27 b 88 . 57 ?31 . 34b 99 . 70 ?5 . 56a 99 . 74 ?9 . 22a 94 . 75 ?8 . 34a SR 96. 18? 2 . 28a 91 . 75 ?4 . 45a 88 . 28 ?28 . 00b 89 . 39 ?15 . 03 b 83 . 03 ?3 . 08 b 81 . 67 ?4 . 07 b C K PAA C 99. 49? 4 . 55a 97 . 43 ?4 . 67a 92 . 65 ?18.8 8a 98. 41? 8 . 05a 98 . 04 ?5 . 98a 94. 14? 17 . 44a D R 87. 79? 6 . 92 b 80 . 00 ?3 . 91 b 79 . 53 ?32.1 4c 96. 75? 4 . 77a 93 . 00 ?4 . 87a 91. 00? 14 . 21a μ(45 ?/ 200 C K - 2mol ? m - 1 )PAA C 89. 20? 3 . 55 b 87 . 05 ?3 . 23 b 83 . 4 ?16 . 41 b 97. 84? 4 . 30a 98 . 25 ?6 . 72a 96 . 50 ?5 . 08a ?s SR 86. 27? 4 . 87 b 79 . 53 ?9 . 86c 75 . 88 ?25 . 37c 98. 38? 7 . 04a 91 . 65 ?16 . 20a 83 . 75 ?26 . 11 b C K PAA C 89. 11? 4 . 99a 90 . 37 ?3 . 45a 86. 07? 9 . 04a 93. 00? 5 . 01a 88 . 82 ?11 . 06 b 87. 54? 5 . 87 b D R 79. 00? 2 . 87c 75 . 05 ?5 . 81c 71. 95? 15 . 52c 98. 21? 10 . 43a 95 . 00 ?11 . 21a 86. 00? 4 . 99 b μ(25 ?/ 1 000 C K - 2mol ? m - 1 PAA C )90. 34? 2 . 56a 86 . 12 ?5 . 45 b 79 . 47 ?22. 11 b 93. 04? 6 . 99a 91 . 42 ?6 . 77a 91. 16? 14 . 38a ?s SR 84. 83? 2 . 63 b 78 . 01 ?6 . 64c 65 . 43 ?16. 66 d 95. 50? 7 . 72a 93 . 32 ?4 . 05a 90. 14? 13 . 80ab C K PAA C 93. 41? 1 . 08a 89. 45? 12 . 56a 87 . 11 ?6 . 59a 93 . 87 ?21 . 55a 85 . 47 ?5 . 05 b 81 . 78 ?5 . 78a D R 35 ?/ 1 000 C K 85. 66? 2 . 21 b 79. 05? 11 . 78 b 69 . 97 ?11 . 89 b 79 . 79 ?14 . 25c 77 . 78 ?3 . 61c 75 . 63 ?8 . 20 b - 2 (μmol ? m - 1 PAA C 86. 66? 4 . 88 b 85 . 48 ?6 . 98a 70 . 70 ?27. 13 b 97 . 59 ?27 . 18a 93 . 82 ?6 . 32a 80. 85? 7 . 40ab ) ?s SR 77. 67? 10 . 45c 55 . 25 ?3 . 25c 41 . 60 ?34.55 c 90 . 52 ?18 . 33 b 78 . 26 ?16 . 33c 74. 65? 5 . 38 bc C K PAA C 93. 57? 3 . 77a 86. 97? 17 . 60a 82 . 64 ?7 . 08a 91 . 95 ?23 . 11a 87 . 71 ?4 . 44a 85 . 99 ?5 . 76a D R 86. 01? 2 . 19 b 70. 60? 11 . 58 b 67 . 66 ?8 . 39b 88 . 58 ?5 . 39 b 81 . 52 ?3 . 28 b 76 . 85 ?10 . 00 b μ(45 ?/ 1 000 C K - 2mol ? m - 1 )PAA C 84 . 97 ?16 . 44 b 71 . 97 ?4 . 15 b 57 . 00 ?29.63 c 94 . 72 ?16 . 05a 85 . 28 ?20 . 46a 71 . 83 ?3 . 29 bc ?s SR 66 . 42 ?9 . 76c 50 . 51 ?32 . 67c 30 . 43 ?27. 56 d 86 . 29 ?31 . 05 b 70 . 45 ?12 . 69c 63 . 65 ?11 . 46c C K - 2 - 1 - 1 μ在 25 ?/ 1 000 mol ?m ?s 复合胁迫条件 ?s 复合胁迫相似 ,只是降低幅度更大一些 ; 就叶 下 ,各处理组合的叶绿素 a 相对含量均在胁迫1 h后 绿素 b 相对含量变化而言 ,D R/ C K 和 SR/ C K 组合 就显著降低 ,而叶绿素 b 相对含量仅有 D R/ PA A C 也均在 胁 迫 1 h 后 就 显 著 降 低 , 而 D R/ PA A C 和 和 D R/ C K 组合分别在胁迫 2 h 和 3 h 后显著降低 。SR/ PA A C 均在胁迫 2 h 后显著降低 。 - 2 - 1 μ而在 35 ?/ 1 000 mol ?m ?s 复 合 胁 迫 条 件 可见 ,水芦和沙芦 PA A C 处理组 、对照组离体 下 ,D R/ C K、SR/ PA A C 和 SR/ C K 组合叶绿素 a 相 叶绿体叶绿素 a 和 b 相对含量 ,均随着光照强度的 对含量均在胁迫 1 h 后就显著降低 , 而 D R/ PA A C 增加 、温度的升高和处理时间的延长而降低 ,而降低 幅度明显不同 ; 同时还有沙芦高于水芦 、PA A C 处 组合也在胁迫 2 h 后显著降低 ,但 SR/ C K 降幅进大 于 其 余 组 合 ; 叶 绿 素 b 相 对 含 量 变 化 有 些 不 理高于对照的规待 。由此推测 ,在本实验设置的条 同 ,DR/ C K组合在胁迫1 h后就显著降低 ,DR/ PAAC 件下 ,水芦离体叶绿体正常生长温度为 25 ?～35 ?和 SR/ C K 组合均在胁迫 2 h 后就显著降低 ,而 SR/ 之间 ,耐受处理时间范围 1 ～ 2 h , 当处理时间和温 PA A C 在胁迫 3 h 后才有显著降低 。在 45 ?/ 1 000 度超过一定限度后 ,逆境伤害程度加深 ,造成细胞膜 - 2 - 1 μ mol ?m ?s 复合胁迫条件下 ,各处理组合叶绿损伤 ,原生质泄漏 ,正常的生理生化代谢途徂受阻 , - 2μ 素 a 相对含量下降趋势不 35 ?/ 1 000 mol ?m 所积累的光合产物不足以满足水芦生长发育的需要 [ 829 ] ,中午时分沙地表面温度记彔可达夏季高温强日光 时 ,其叶绿素含量 不可 避 免会 下降。同 时也 说 () 明 ,温度和光照能加速离体叶绿体叶绿素的分解 ,但 63 ?实测值,沙芦在自然界中长期适应巴丹吉林 外源 PA A C 可以减缓外界温度 ,光照强度变化对离 沙漠地带高度不良环境的胁迫 ,必然会进化出其独 体叶绿体的伤害程度 ,且 PA A C 对叶绿体的保护作特的生理生化遗传结构 ,产生某些适应机制 ,而这些 结构或机制可能在抵抗高温 、高光强功能中起作用 。用是在一定的程度和范围内起作用 。 本实验以生长在同一地区终年积水的水塘边的水芦另外 ,进一步的方差分析结果表明 ,温度 、光照 强度和处理时间 3 因子对离体叶绿体叶绿素相对含 作为对照 ,通过模拟光照和温度胁迫 ,水芦和沙芦都 量均有极显著影响 ,其中温度 、光照作为引起叶绿素 会随着温度和光照强度的增强 ,叶绿素相对含量降 降解的环境胁迫因子 ,它们之间普遍具有显著协同 低 ,但沙芦降低幅度没有水芦明显 。PA A C 的保护 () 作用 仅沙芦叶绿素 b 除外,它们各自不处理时间 作用在光照下更为明显 ,推测沙芦在高温胁迫生境 -? 也存在显著协同作用 ,但温度 、光照 、时间之间无显 下累积的独特小分子物质 PA A C , 能够清除 O2 而 [ 16 ] 著的亏作 。在自然界中 ,温度和光照总是相伴出现 , 保护叶绿体,能显著提高高温 、强光下叶绿素的 两者之间的协同作用必然加剧叶绿素的降解 。在强 相对含量 ,维持叶绿素代谢的相对稳定 ,因此有助于 光照情冴下 ,光照自身对叶绿素就有破坏作用 ,引起 叶片光合器官抵抗不良环境 ,在夏季高温期间维持 叶片升温 ,加剧了植物体生理功能的紊乱 ,同时在一 光合活性 。 定范围内可能提高了叶绿素分解酶类的活性 。光照 在本实验设置的温度 、光照强度及处理时间环 或温度不处理时间的协同作用类同于光照不温度之 境中 ,光照强度对叶绿素相对含量的变化影响较显 [ 10211 ] 间的协同作用,说明在较高温度或者强光照条 著 ,且随着处理时间的延长而增强 ,3 个因子之间无 件下 ,随着时间的延长 , 其降解叶绿素的速率也上 显著的协同作用 。究其原因 ,可能是因为以往的研 升 。究其原因 ,可能是叶绿体结构的破坏 ,甚至是解 究多侧重于高温或高光强单因子对植物叶绿素含量 体 ,降解叶绿素酶类活性的增加或叶绿体徉环境的 的影响 ,且处理温度多为恒定的温度 ,而对高温和高 [ 12 ] 改变 ,因此加剧了降解速率。 光强的亏作在不同处理时间对植物叶绿素含量的影 响研究不多 ,因此再研究高温 、高光强对叶绿素含量 3 讨论 的影响时应考虑二者之间是否存在协同作用 ,幵考 植物在不同的抗性反应中 ,都表现出光合强度 虑处理时间不同对实验结果的影响 ,而且尽可能采 的下降 ,这是由于气孔阻力增加 , 光合机构功能受 用变温处理以更符合实际情冴 。同时还可以看出 ,沙 [ 13 ] 损 ,叶绿体结构破坏 , 叶绿素含量明显减少。在 芦和水芦在对巴丹吉林沙漠地区高温 、干旱 、高光强 自然条件下 ,植物在生长发育的整个时期或某一阶 的反应上存在共性 ,但也有差异 ,沙芦明显表现出了 段经常会受到各种逆境的胁迫 ,在胁迫因子中 ,温度 对高温 、高光强的耐受性 。由于叶绿素的生物合成过 和光照对植物体的生长和发育有着重要影响 。温度 程绝大部分都有酶的参不 ,高温影响酶活力 ,从而影 [ 17 ] 高低决定植物地理分布和光合生产力 ,温度变化不 响叶绿素的合成 。Van 等指出 ,有光照的低温对 仅影响许多生物化学过程 ,而且也影响植物体内的 黄瓜叶绿体膜上光系统的损伤比黑暗中更为严重 ,这 [ 2 ] 物质扩散等物理化学过程。光是植物体进行光合 是由于光氧化作用引起了叶绿体膜系统的降解 。 作用的物质基础 ,强光条件下易产生氧自由基 ,氧自 沙芦对高温 、高光强的耐受能力较水芦强的原 由基往往导致叶绿素的漂白 , 膜脂过氧化 、膜损伤 因是多方面的 。PA A C 作为一种仅存在于沙丘 生 [ 4 ] 等。逆境胁迫对各种植物细胞超徉结构的影响已 态型芦苇叶中具独特分子结构特征的小分子物质 , 有大量的报道 ,对于逆境胁迫细胞的各种结构响应 可有效缓解高温强光条件下离体叶绿体叶绿素的降 的敏感程度有径大差别 ,其具体变化 、影响深度也随 解 ;在内部生理变化方面 ,主要是沙芦渗透调节能力 [ 14 ] [ 1 ] 着植物种类和处理的方法不同而各异。 植物的较强 ,活性氧清除能力较强,在本研究模拟的环境 [ 15 ] 光合器官是对光 、温反应敏感的部位, 胁迫因素方面 ,主要是光照强度的影响 。对于沙芦 沙芦生长于巴丹吉林沙漠境内高大沙丘上 ,该地区 和水芦在生化和分子生物学机制方面的差异还有徃 雨水稀少 ,且年度分布不均 ,主要分布于 7～8 月份 。 于进一步的研究 。 8 期 王 静 ,等 :外源多氨基芳香族化合物对高温强光下芦苇离体叶绿体叶绿素降解的缓解作用 1643 参考文献 : [ 1 ] ( ) ( ) ( ) PU T L 浦铜良, C H EN G Y F 程佑发, ZH A N G C H L 张承烈. 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