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绿化植物花色素苷与光合机构关系研究

田野  
【摘要】:植物花色素苷是一种水溶性的色素,在植物各组织中均有存在。花色素苷可出现在植物的特定生长阶段,低温、光强、干旱等逆境可诱导其合成和累积,因此,植物依赖花色素苷抵御各种逆境。为了研究花色素苷在植物光破坏防御中的作用,以紫罗勒(Ocimum basilicum 'purple ruffles')、丁香罗勒(Ocimun gratissimum L.)、紫丁香(Syringa oblataLindl)和紫叶李(Prunus cerasifera Ehrhart f. atropurprea Jacq)为研究材料,在低温、高光、遮荫等条件下,以及叶片展开过程中花色素苷与植物叶片光合能量分配的关系,以揭示在逆境下植物花色素苷在光合生理方面的作用及意义。 1.以花色素苷含量不同的两种罗勒(紫罗勒,花色素苷含量高;丁香罗勒,花色素苷含量低)为研究材料,经过低温(4℃)暗处理3h后,在不同光强(200μmol·m-2·s-1口1000μmol·m-2·s-1)下,研究花色素苷对叶片叶绿素荧光特性及能量分配的影响。在弱光下,丁香罗勒幼苗叶片叶绿素荧光参数较常温无显著变化,弱光有利于促进丁香罗勒叶片胁迫解除后的恢复,但弱光导致了低温处理后的紫罗勒叶片光化学反应的量子产额(YPSⅡ)低于高光处理紫罗勒叶片,而依赖于类囊体膜两侧质子梯度和叶黄素循环的量子产额(YNPQ)较高,说明弱光导致了紫罗勒叶片恢复的时间延长。低温处理后,高光使丁香罗勒叶片叶绿素荧光参数降低,发生光抑制。紫罗勒叶片中花色素苷含量较高,具有光衰减和过滤作用,低温预处理下叶片并没有发生光抑制。高光降低了低温处理后丁香罗勒叶片YPSⅡ降低,而失活PS Ⅱ反应中心的热耗散量子产额(YNF)明显升高,说明高光下,低温处理后丁香罗勒叶片吸收过剩的光能,PS Ⅱ反应中心失活数量增加,不利于PS Ⅱ反应中心活性的恢复,而紫罗勒叶片YPSⅡ升高,YNPQ降低,进一步说明了花色素苷在光抑制引起的破坏方面具有防御功能。 2.以紫丁香(Syringa oblata Lindl)为试验材料,研究了叶片展开过程中花色素苷含量变化对叶绿素含量、叶绿素荧光特性和光合激发能分配的影响。结果表明:紫丁香叶片从幼叶伸出到叶片成熟的过程中,花色素苷含量降低,而叶绿素含量增加,二者之间呈明显地负相关,叶片对光能的捕获和利用能力也随着花色素苷的增加而逐渐加强,但幼叶伸出到叶片展开,叶片最大光化学效率Fv/Fm)却没有明显变化。紫丁香叶片扩展过程中,花色素苷含量降低,PS Ⅱ反应中心吸收的光能分配到失活PS Ⅱ反应中心的热耗散量子产额(ΦNF)下降,与依赖于叶黄素循环的量子产额(ΦNPQ)之间呈明显的正相关关系。说明紫丁香叶片的花色素苷可增加依赖于叶黄素循环的非辐射能量耗散,以避免正在生长的叶片受到过剩光能的危害。 3.研究了全光照和不同遮荫条件下(25%、50%和75%遮荫)紫叶李(Prunus cerasifera Ehrh f atropurpurea Jacq)花色素苷和叶片光合能量分配的变化。结果表明:遮荫降低了紫叶李幼苗叶片的花色素苷含量,叶绿素含量升高。遮荫程度越大,紫叶李幼苗叶片初始荧光(Fo)、最大荧光(Fmm)和非光化学淬灭系数(qN)增加,PS Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm).光化学淬灭系数(qP)和电子传递速率(ETR)下降,说明紫叶李幼苗具一定喜光性,适于在全光照条件下生长。叶片实际光化学效率(ΦPSⅡ)及ETR光响应曲线表明,ΦPSⅡ随着光强升高而下降,遮荫程度越大下降幅度越大,而ETR随光强升高而升高,并且遮荫75%处理光饱合点低于对照处理。同时,叶片光化学反应的量子产额(ΦPSⅡ)与遮荫程度呈明显负相关,而依赖于类囊体膜两侧质子梯度和叶黄素循环的量子产额(ΦNPQ)和失活PS Ⅱ反应中心的热耗散量子产额(ΦNF)随着遮阴程度的增加而增加,遮荫程度达到75%时,失活PS Ⅱ反应中心显著增加。遮荫通过改变光合色素和花色素苷含量以及叶片光合能量分配进而提高紫叶李幼苗对长期弱光的适应性。


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