异戊二烯释放对氟草敏和NaHSO3的响应及其调控机制的研究

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异戊二烯(2-甲基-1,3-丁二烯,Isoprene)的合成与释放在植物非生物胁迫中具有重要作用,但是异戊二烯的合成受到多种因素的限制。在逆境条件下,异戊二烯合成释放及其调控机制尚不完全明确。本研究以美洲黑杨南林-3804(Populus deltoides,Nanlin 3804)为实验材料,对叶片施加氟草敏(norflurazon)(600μM)抑制类胡萝卜素合成和NaHSO3(4.5 m M)抑制植物光呼吸,通过异戊二烯的释放速率变化研究植物异戊二烯的合成及其调控。本文取得的主要研究成果如下:1、施加氟草敏对异戊二烯释放的影响(1)28℃清水对照:与基础状态相比,叶片GOX、Y(I)、O2-和H2O2在50 min检测时显著下降,其中H2O2在100 min检测时与基础状态相比也显著下降,而CAT活性在100 min检测时显著升高。(2)单一38℃清水处理:与基础状态相比,叶片蒸腾速率、光呼吸速率和乙醇酸氧化酶活性显著升高,异戊二烯合酶常数显著降低,Y(I)、Y(II)、q L和CAT活性显著升高,表明此时实际光化学产量增加,表现为DMADP库容量和异戊二烯释放速率的显著增加。(3)单一28℃氟草敏处理:叶片的光合参数和光呼吸速率无显著变化。与50min相比,100 min检测时乙醇酸氧化酶活性显著增强,非光化学猝灭NPQ在处理100 min时升高,这些结果均表明施加氟草敏后类胡萝卜素合成途径被抑制,细胞中同化力积累。(4)38℃清水处理50 min时,加入氟草敏,同时继续38℃处理:加入氟草敏后,光呼吸速率和异戊二烯释放速率有下降趋势,DMADP库容量有增加趋势,CAT活性显著降低,同时H2O2与O2-含量上升,这些结果表明胁迫存在时加入氟草敏对叶片造成一定程度的氧化损伤。(5)28℃氟草敏处理50 min时,继续氟草敏处理,同时38℃高温处理:38℃高温后净光合速率呈下降趋势,蒸腾速率、光呼吸速率、异戊二烯释放速率和DMADP库容量显著增加。表明更多的碳同化产物用于异戊二烯的合成与释放。2、异戊二烯释放对氟草敏和NaHSO3处理的响应(1)28℃清水对照:与基础状态相比,叶片GOX活性在50 min检测时显著下降,气孔导度和蒸腾速率持续下降在100 min检测时具有显著差异,H2O2含量在50min和100 min检测时均显著下降,叶片O2-含量50 min检测时显著升高,异戊二烯释放速率、NPQ和CAT活性在100 min检测时显著升高。(2)28℃ NaHSO3处理50 min时,加入氟草敏,同时继续NaHSO3处理:NaHSO3处理50 min时,光呼吸速率下降,乙醇酸氧化酶活性降低,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、异戊二烯释放速率和DMADP库容量显著下降,胞间CO2浓度、NPQ、CAT活性和O2-含量显著升高。加入氟草敏后,叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、光呼吸速率、异戊二烯释放速率和DMADP库容量降低,乙醇酸氧化酶活性、异戊二烯合酶常数、NPQ和O2-含量增加。这些结果表明NaHSO3处理同化力积累对细胞造成损伤,加入氟草敏后同化力进一步积累。(3)28℃氟草敏处理50 min时,加入NaHSO3,同时继续氟草敏处理:加入NaHSO3后,叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著下降,胞间CO2显著升高,表明光合速率降低是由非气孔因素引起的。与基础状态相比,加入NaHSO3后,光呼吸速率显著降低。DMADP库容量和异戊二烯合酶常数降低但无显著差异,表明异戊二烯释放速率的显著降低是底物和酶共同作用的结果。综上所述,植物异戊二烯的释放与光合作用并不是简单的线性关系。在中度胁迫存在时,DMADP库容量和异戊二烯的释放速率显著增加,更多的光合同化产物用于异戊二烯的合成,因此异戊二烯的释放可以维持植物稳态,增强植物抗逆性。重度胁迫存在时,光合器官受到损伤,净光合速率下降,导致DMADP库容量降低,异戊二烯释放速率快速下降。
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