海水胁迫对菠菜(Spinacia olerancea L.)叶绿体活性氧和叶绿素代谢的影响

以海水敏感品种圆叶菠菜和耐海水品种‘荷兰3号’为试材,采用水培方法,研究了海水胁迫对菠菜(Spinacia oleranceaL.)叶绿体活性氧(ROS)和叶绿素(Chl)代谢的影响。结果表明,海水胁迫下,2个菠菜品种叶绿体内超氧阴离子(O2.-)产生速率、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量显著升高,并且圆叶菠菜的提高幅度大于‘荷兰3号’;圆叶菠菜叶绿体内的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量均低于‘荷兰3号’,而过氧化物酶(POD)活性高于‘荷兰3号’;光氧化剂甲基紫精(MV)进一步使2个菠菜品种叶绿体内O2.-产生速率加快、H2O2含量提高、膜质过氧化加重,活性氧清除剂AsA明显降低了菠菜叶绿体内ROS水平,缓解了由MV造成的严重的膜质过氧化伤害。海水胁迫下,2个菠菜品种叶片叶绿素b(Chlb)、叶绿素a(Chla)及其合成前体物质原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉Ⅸ(Mg-protoIX)、原卟啉Ⅸ(ProtoⅨ)和尿卟啉原Ⅲ(UroⅢ)含量明显降低,而胆色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)积累,Chl合成受到阻碍,并且圆叶菠菜的受阻程度大于‘荷兰3号’;MV进一步加剧了这种受阻程度,而AsA部分缓解了由海水胁迫和MV造成的阻碍作用。海水胁迫明显提高了圆叶菠菜叶片叶绿素酶(Chlase)活性而对‘荷兰3号’没有影响,MV处理对圆叶菠菜Chlase活性的影响程度大于‘荷兰3号’,但AsA对2个品种叶片Chlase活性没有明显影响。上述结果说明,海水胁迫下,菠菜叶绿体内ROS与Chl代谢密切相关,不仅通过叶绿体膜的氧化伤害使Chl降解,而且使Chl合成的PBG向UroⅢ转化步骤受阻。耐海水品种‘荷兰3号’叶绿体清除ROS主要通过SOD和AsA-GSH循环系统,清除能力较强,减轻了ROS对叶绿体膜的氧化损伤和Chl合成的受阻程度,并且海水胁迫对其Chlase活性的影响较小;而海水敏感品种圆叶菠菜叶绿体清除ROS主要依赖于SOD和POD,对ROS的清除能力有限,从而导致了ROS大量积累,叶绿体膜的氧化损伤和Chl合成的受阻程度严重,并且海水胁迫显著提高了Chlase活性,加剧了Chl降解。

海水胁迫对菠菜叶绿素代谢的影响

以耐海水品种‘荷兰3号’和海水敏感品种‘圆叶菠菜’为试验材料,采用营养液栽培,研究海水胁迫对菠菜叶绿素代谢的影响。结果表明,海水胁迫下,2个菠菜品种叶片的叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)和总叶绿素含量以及叶绿素合成前体———原叶绿素酸(Pchl)、镁原卟啉IX(Mg-proto IX)、原卟啉IX(Proto IX)和尿卟啉原III(UroIII)含量均明显降低,而胆色素原(PBG)和δ-氨基酮戊酸(ALA)积累,‘圆叶菠菜’的变化幅度大于‘荷兰3号’。海水胁迫下,‘荷兰3号’叶片的叶绿素酶(Chlase)活性无显著变化,胆色素原脱氨酶(PBGD)和尿卟啉原III合酶(UROS)活性在胁迫第3天显著下降,而‘圆叶菠菜’Chlase活性显著上升,PBGD和UROS活性显著下降。研究发现,在海水胁迫条件下,菠菜叶片的叶绿素合成代谢受阻,受阻位点位于PBG→UroIII的转化过程,其中‘圆叶菠菜’的受阻程度大于‘荷兰3号’;耐海水品种‘荷兰3号’叶片叶绿素含量降低主要由叶绿素合成代谢受阻引起,而海水敏感品种‘圆叶菠菜’叶绿素含量的降低则是由叶绿素合成受阻和叶绿素降解共同作用的结果。

光照强度对菠菜光合色素的影响

本文以400、240、50μmol·m^(-2)·s^(-1)3种不同光照强度处理菠菜,测定菠菜叶片中叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素和叶黄素含量的动态变化。结果表明:菠菜叶绿素a、叶绿素b的含量随着光照强度的增强而逐渐升高,且在高光强(400μmol·m^(-2)·s^(-1))下,植株叶片中2种色素含量随处理时间的延长呈逐渐升高的趋势,对照(240μmol·m^(-2)·s^(-1))植株含量在处理期间无明显变化,低光强(50μmol·m^(-2)·s^(-1))下,2种色素含量呈降低的趋势,30 d时各处理间差异显著;β-胡萝卜素含量随着光照强度的降低呈升高的趋势,30 d时低光强处理植株含量显著高于对照和高光强处理植株;叶黄素含量:低光强>高光强>对照,20 d和30 d时,低光强处理植株含量显著高于高光强和时照植株。可以推论,高光强有利于菠菜叶绿素的合成,低光强有利于类胡萝卜素的形成。

二硫苏糖醇对海水胁迫下菠菜活性氧代谢及叶绿素荧光特性的影响

以耐海水菠菜品种‘荷兰3号’为材料,采用水培方法,研究了二硫苏糖醇(DTT)对海水胁迫及甲基紫精(MV)诱导下菠菜活性氧代谢及叶绿素荧光特性的影响。结果表明,海水胁迫与MV处理一样,诱导菠菜叶片产生氧化胁迫,使超氧阴离子( )产生速率、过氧化氢(H2O2)含量和丙二醛(MDA)含量显著上升,叶绿素a(Chl.a)、叶绿素b(Chl.b)、总叶绿素[Chl.(a+b)]和类胡萝卜素(Car.)含量显著下降,最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP)显著降低,而非光化学猝灭系数(NPQ/4)显著上升;海水胁迫与MV处理下,由叶柄导入叶黄素循环活性抑制剂DTT,菠菜叶片活性氧(ROS)大量积累,导致光合色素降解加剧,Fv/Fm、Yield、ETR、NPQ、qP进一步下降。上述结果表明,海水胁迫抑制了菠菜叶片叶黄素循环活性,降低了叶片非辐射能量耗散能力,加重了叶片ROS积累,从而导致光合色素含量降低,PSⅡ活性下降,电子传递速率降低,用于光化学反应的能量部分减少,光合作用受到严重影响,说明海水胁迫下叶黄素循环在保持菠菜叶片光合色素稳定和光合作用正常运转中发挥重要作用。