紅光對番茄光合作用啟動過程的系統(tǒng)調(diào)控機制.pdf

1、提高光合作用是作物獲得高產(chǎn)的重要基礎。光合作用啟動速率是決定植物能否充分利用短暫光照、影響植株整體光合作用的重要因素。系統(tǒng)調(diào)控是植物生長發(fā)育和逆境響應的重要調(diào)控機制。植物光合作用及其啟動過程也存在系統(tǒng)調(diào)控現(xiàn)象。然而關(guān)于光對植物光合作用啟動過程系統(tǒng)調(diào)控的影響和機制并不清楚。本文以重要設施蔬菜番茄（Solanum lycopersicum L.）為材料，利用嫁接技術(shù)、病毒誘導的基因沉默技術(shù)(VIGS)和RNA干涉技術(shù)，從IAA信號、H2O2

2、信號和環(huán)式電子傳遞調(diào)控的角度探討了光對番茄葉片光合作用啟動過程系統(tǒng)調(diào)控的生理與分子機制。所得主要結(jié)果如下:
　　1.研究了番茄葉片光合作用啟動過程系統(tǒng)調(diào)控的特征。為了明確番茄葉片光合作用啟動過程存在系統(tǒng)調(diào)控，我們將番茄植株按葉片展開順序依次標記為1-6號葉片，設定4號葉片為目標檢測葉片，以整株黑暗為對照，對頂部、5和6號葉片、第1-3號葉片三個不同部位分別處理30min的白光（300μmolm-2s-1）之后在1500μmolm-

3、2s-1光強下檢測目標葉片在30分鐘內(nèi)的光合作用啟動過程。結(jié)果表明，頂部照光處理能夠促進目標葉片光合作用啟動，凈光合速率達到最大凈光合速率50％和90％的時間T50和T90分別由8.17min降到4.30min;19.7 min降到14.7min。然而目標葉片以上葉片（5和6號葉片）和下部葉片（1-3號葉片）光照處理不能改變T50和T90，表明只有頂部照光能夠產(chǎn)生系統(tǒng)信號促進下部目標葉片光合作用啟動。為了研究光信號對光合作用啟動的系統(tǒng)調(diào)

4、控，我們對番茄頂部處理不同波長的光，黑暗作為對照，結(jié)果表明，紅光促進、遠紅光則抑制下部目標葉片光合作用啟動，其他光質(zhì)處理與對照相比無顯著性差異。試驗檢測了光受體信號在光合作用啟動過程中的系統(tǒng)調(diào)控作用，將突變體光敏色素phyA、phyB1B2和隱花色素cry1作為接穗嫁接到野生型WT上，獲得四組嫁接材料WT/WT、phyA/WT、phyB1B2/WT和cry1/WT。頂部白光處理使WT/WT,phyA/WT and cry1/WT下部野生

5、型目標葉片光合作用啟動速率加快，而頂部白光處理的效果在phyB1B2/WT中消失，T50和T90與對照相比沒有顯著差異。以上結(jié)果證明，頂部白光處理對下部目標葉片光合作用啟動的系統(tǒng)調(diào)控依賴于phyB。
　　2.研究了生長素在光系統(tǒng)調(diào)控番茄葉片光合作用啟動過程中的作用。頂部白光處理顯著增加了WT/WT, phyA/WT和cry1/WT頂部和下部目標葉片中生長素含量，并上調(diào)了頂端生長素合成基因FZY和運輸基因PIN1、下部目標葉片生長素

6、信號基因IAA15的表達，而對phyB1B2/WT嫁接植株中以上指標沒有影響。頂端處理白光和紅光30min后，番茄轉(zhuǎn)基因材料DR5∷GUS根尖GUS著色明顯加深;相反，遠紅光處理后，根尖GUS著色明顯減弱，藍光處理對根尖GUS著色不產(chǎn)生影響。頂部白光處理30分鐘后，番茄DR5∷GUS嫁接植株WT/DR5∷G US, phyA/DR5∷.GUS和cry1/DR5∷GUS根尖GUS著色明顯加深，而phyB1B2/DR5∷ GUS根尖GUS著

7、色沒有明顯變化。以上結(jié)果表明，phyB參與了光調(diào)控的生長素在番茄頂端合成以及生長素信號由頂端至下部葉片和根部的傳輸。與頂部白光處理效果相似，黑暗下頂部處理生長素(IAA)也能促進下部目標葉片光合作用啟動。而莖尖處理生長素運輸抑制劑(NPA)，頂部白光處理促進下部葉片光合作用啟動的效果消失。頂部白光處理對下部目標葉片光合作用啟動的促進效果在生長素不敏感突變體dgt嫁接植株dgt/WT中消失，T50和T90沒有顯著變化。以上結(jié)果表明，phy

8、B調(diào)控的生長素參與了光對番茄葉片光合作用啟動過程的系統(tǒng)調(diào)控。此外，本章還發(fā)現(xiàn)正常溫度下環(huán)境R∶FR比例變化對番茄葉片ABA和JA含量沒有顯著性影響。
　　3.研究了H2O2在生長素介導的光系統(tǒng)調(diào)控番茄葉片光合作用啟動過程中的作用。頂部白光處理30分鐘后，WT/WT, phyA/WT和cry1/WT下部目標葉片與對照相比NADPH氧化酶編碼基因RBOH1和H2O2含量顯著增加，而phyB1B2/WT和dgt/WT下部目標葉片RBOH

9、1表達和H2O2含量沒有顯著變化。H2O2亞細胞定位結(jié)果顯示，H2O2主要在葉肉細胞的細胞壁背壁積累。以上結(jié)果表明，頂部白光處理導致的下部目標葉片質(zhì)外體H2O2增加依賴于生長素信號。試驗進一步構(gòu)建了RBOH1-RNAi突變體材料，并將其作砧木與野生型嫁接，獲得三組嫁接材料WT/WT、WT/rboh1和rboh1/rboh1來檢測RBOH1基因在光系統(tǒng)調(diào)控光合作用啟動過程中的作用。結(jié)果表明WT/rboh1和rboh1/rboh1嫁接植株頂

10、部白光處理對下部目標葉片光合作用啟動的促進作用消失。以上結(jié)果證明，生長素誘導的H2O2在光系統(tǒng)調(diào)控番茄光合作用啟動過程中發(fā)揮重要作用。
　　4.研究了環(huán)式電子傳遞在光系統(tǒng)調(diào)控番茄光合作用啟動過程中的作用。為探究H2O2在光系統(tǒng)調(diào)控番茄光合作用啟動過程的作用機制，我們檢測了頂部白光處理之后，WT/WT、WT/rboh1 and rboh1/rboh1嫁接植株下部目標葉片的環(huán)式電子傳遞(CEF)。結(jié)果表明，對照條件下，下部目標葉片CE

11、F很弱，頂部白光處理后，WT/WT下部目標葉片CEF顯著增強，而WT/rboh1和rboh1/rboh1中CEF仍然很弱，頂部白光處理對WT/rboh1和rboh1/rboh1嫁接植株下部目標葉片CEF沒有促進效果。頂部白光處理對下部目標葉片CEF促進效果在phyB1B2/WT和dgt/WT嫁接植株中消失，但促進效果在phyA/WT and cry1/WT嫁接植株中依然存在。因此，以上結(jié)果表明，頂部白光處理對下部目標葉片CEF的促進作用

12、依賴于RBOH1編碼酶NADPH氧化酶產(chǎn)生的H2O2。CEF通過ATP產(chǎn)生來促進光合作用。與CEF變化趨勢一致，頂部白光處理之后，WT/WT,phyA/WT和cry1/WT下部目標葉片中ATP含量與對照相比增加了47.2％～57.7％。而phyB1B2/WT、dgt/WT、WT/rboh1和rboh1/rboh1嫁接植株下部目標葉片ATP含量與對照相比均沒有顯著性差異。試驗進一步沉默了番茄CEF調(diào)控途徑中NDH-M亞基編碼基因ORR來檢