全 文 ：第 31 卷 第 2 期
2015 年 3 月
森 林 工 程
FOＲEST ENGINEEＲING
Vol. 31 No. 2
Mar．，
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2015
干旱条件下叶黄素循环抑制剂对欧李光合指标的影响
高文蕊，胡银松，王瑞芳，宋兴舜*
(东北林业大学 生命科学学院，哈尔滨 150040)
摘 要:研究在干旱胁迫下外施两种抑制剂对欧李光合作用，叶绿素荧光以及叶绿素含量的影响。结果表明:外施二
硫苏糖醇(DTT)和葡糖胺(Gla)使叶黄素循环受阻，光合作用下降，气孔导度降低，不能正常耗散光能，光合器官受损伤，
且 Gla的抑制程度高于 DTT。随着处理时间的延长，植株正常的热耗散不能顺利进行，非光化学淬灭系数 NPQ降低。最大
光化学效率 Fv /Fm降低，过剩的光能对植物体形成光抑制作用，且 DTT的抑制作用高于 Gla。外施抑制剂促进叶绿素的增
加。本文利用抑制剂策略，为进一步探究逆境胁迫下欧李叶黄素循环的响应提供基础理论。
关键词:欧李;叶黄素循环;抑制剂;光合作用;叶绿素荧光;叶绿素含量
中图分类号:S 662. 3 文献标识码:A 文章编号:1001 － 005X (2015)02 － 0071 － 04
Impact of Xanthophyll Cycle Inhibitors on
Cerasus humilis Photosynthesis Indices under Drought Stress
Gao Wenrui，Hu Yinsong，Wang Ｒuifang，Song Xingshun*
(College of Life Science，Northeast Forestry University，Harbin 150040)
Abstract:The impacts of two xanthophyll cycle inhibitors on Cerasus humilis photosynthesis，chlorophyll fluorescence parame-
ters，and chlorophyll content under drought stress were studied． The results showed that:applying dithiothreitol(DTT)and glu-
cosamine(Gla)to Cerasus humilis made xanthophyll cycle frustrated，photosynthesis and stomatal conductance reduced，energy dissi-
pation abnormal and eventually led to the damage of photosynthetic organ． In terms of photosynthesis，Glas inhibitory effect was high-
er than DTTs． With the increase of processing time，plant normal heat dissipation cannot go smoothly and the non-photochemical
quenching coefficient(NPQ)decreased． The maximum photochemical efficiency Fv /Fm reduced，and the excess light energy cannot
be dissipated，leading to the photoinhibition on the plant． In the aspect of chloroplast fluorescence，DTTs inhibitory effect was higher
than Glas． Applying inhibitors could promote the increase of chlorophyll． The inhibitors strategy used in this paper can provide basic
theory for further exploration of the xanthophyll cycles response under adversity stress in Cerasus humilis．
Keywords:Cerasus humilis;xanthophyll cycle;inhibitors;photosynthesis;chlorophyll fluorescence parameters;chlorophyll
content
收稿日期:2014 － 10 － 19
基金项目:国家自然科学基金项目 (31170569)
第一作者简介:高文蕊，硕士研究生。研究方向:植物逆境生
理与分子生物学。
* 通讯作者:宋兴舜，博士，副教授。研究方向:林木抗性生
理与分子生物学。E-mail:sfandi@ 163. com
引文格式:高文蕊，胡银松，王瑞芳，等． 干旱条件下叶黄素
循环抑制剂对欧李光合指标的影响 ［J］． 森林工程，2015，31 (2):
71 － 74．
欧李(Cerasus humilis)是我国特有的一个蔷薇
科樱桃属灌木树种，具有极高的经济价值且用途非
常广泛。果肉可食，仁可入药，茎可作饲料和编织
材料，其开发利用前景非常广阔。欧李由于其根系
庞大，基生枝和根蘖发达所以具有极强的抗逆性，
适合干旱地区种植。
逆境胁迫下，植物体自身形成了多种可以抵御
外界胁迫的保护机制，这其中依赖于叶黄素循环的
非光化学淬灭(NPQ)就是一种极其有效的保护机
制［1］。过剩光能下，紫黄质(violaxanthin，V)在紫
黄质脱环氧化酶(VDE)的催化作用下发生脱环氧
化作用形成单脱环玉米黄质(antheraxanthin，A)，
A再次经过脱环氧化作用形成玉米黄质(zeaxan-
thin，Z);当植物面临的过剩光能减少时，Z 通过
玉米黄质环氧化酶(ZEP)的环氧化作用首先形成
A，进而由 A又进一步环氧化形成 V，正是这一循
环使得过剩光能得以耗散［2］。VDE 和 ZEP 作为两
种关键酶，在维持逆境下植株叶黄循环的运转中起
DOI:10.16270/j.cnki.slgc.2015.02.015
森 林 工 程 第 31 卷
着重要作用。VDE 和 ZEP 的靶向抑制剂分别是二
硫苏糖醇(DTT)［3］以及葡糖胺(Gla)［4］，抑制剂的
角度为进一步探讨 VDE 和 ZEP 的作用提供了新的
思路，基于此本研究通过外施 DTT及 Gla，测定干
旱下欧李光合和荧光指标的变化，以期为欧李植株
的耐旱机制提供一定的理论指导。
1 材料与方法
1. 1 试验材料和处理
本试验选择的欧李幼苗取材自黑龙江省南部尚
志市的帽儿山，于 2014 年 4 月扦插到直径 37 cm，
高 25 cm的花盆中，每盆一株。试验共设置 5 种处
理:①对照处理，每天正常浇清水至饱和;②干旱
处理，干旱处理 15 天，期间均不给植株浇水，第
16 天开始复水解除胁迫;③外施 DTT 处理，在干
旱处理的基础上分别在第 2、5、8、14 天给幼苗外
施一次 DTT，每株幼苗每次叶片喷施 DTT 为
200 mL(5 mmol /L)，第 16 天时停止外施 DTT并且
正常浇水。④外施 Gla处理，在干旱处理的基础上
分别在第 2、5、8、14 天给幼苗外施一次 Gla，每
株幼苗每次叶片喷施 Gla为 200 mL(0. 5%)，第 16
天时停止外施 Gla并且正常浇水。⑤同时外施 DTT
和 Gla处理，在干旱处理的基础上分别在第 2、5、
8、14 天给幼苗外施一次 DTT 和 Gla，每株幼苗每
次叶片喷施 DTT为 200 mL(5 mmol /L)，待叶片基
本吸收完全后再叶片喷施 Gla 200 mL(0. 5%)，第
16 天时停止外施 DTT 和 Gla 并且正常浇水。处理
24 h后进行取材和理化指标的测定。每个处理 4 棵
植株，至少 3 次重复。
1. 2 试验方法
1. 2. 1 光合及荧光指标的测定
本试 验 采 用 光 合—荧 光 测 定 系 统 (Li-
6400XTＲ，美国)，在幼苗处理的各个阶段，选取
上午 9:00 － 11:00 进行光合指标的测定。所测量
的光合指标包括:叶片净光合速率(Pn)，气孔导
度(Gs)，胞间 CO2 浓度(Ci)。荧光指标为 PSⅡ最
大光化学效率(Fv /Fm)，非光化学淬灭(NPQ)。
每个处理选取 3 ～ 5 片生长位置与生长状态一致的
有代表性的功能叶片进行测定，测定结果取平均
值。
1. 2. 2 叶绿素含量的测定
试验采用便携式叶绿素计测量欧李叶片的叶绿
素含量。取样时间和部位同上。
2 结果与分析
2. 1 不同处理条件下欧李光合指标的变化
图 1 不同处理条件下欧李光合指标的变化
Fig. 1 Ｒesponse of photosynthesis indicators
in C． humilis to different treatments
图 A、B、C分别为净光合速率、气孔导度和
胞间 CO2 浓度。如图 A 所示随着处理时间的延长
各处理组的欧李幼苗均表现为净光合速率下降的趋
势，外施抑制剂的三组欧李幼苗的净光合速率低于
干旱和对照组，其中外施 Gla 以及同时外施 DTT
和 Gla的欧李幼苗下降幅度更为显著，处理持续
15 d以后复水，各处理组的净光合速率均表现上
升的趋势，但未达到对照水平。如图 B 所示不同
处理组之间气孔导度的变化呈现与净光合速率同样
的趋势。如图 C 所示随着时间的延长各处理之间
27
第 2 期 高文蕊等:干旱条件下叶黄素循环抑制剂对欧李光合指标的影响
胞间 CO2 浓度无显著差别。植物在遭受干旱，盐
渍，高低温等逆境胁迫时，光合器官通过叶黄素循
环可增强处理过剩光能的能力，这说明叶黄素循环
在广泛的自然条件下都具有保护光合作用免受逆境
影响的功能［5 － 7］。
2. 2 不同处理条件下欧李荧光参数的变化
图 2 不同处理条件下欧李荧光参数的变化
Fig. 2 Ｒesponse of fluorescence parameters
in C． humilis to different treatments
如图 2 所示，与对照组相比随着处理时间的延
长各处理组植株的 PSⅡ最大光化学效率逐渐降低，
外施 DTT以及同时外施 DTT 和 Gla 的植株最大光
化学效率基本呈现直线下降，其中同时外施两种抑
制剂的欧李植株下降幅度最大。干旱处理和外施
Gla的两组变化趋势相似，下降福度比较小。在干
旱胁迫下，植物受到伤害的首要部位与光系统Ⅱ
(PSⅡ)密切相关［8］，叶绿素荧光参数被认为是评
价植物光和器官是否受损伤的重要依据［9］。因此
干旱处理的欧李植株 Fv /Fm值下降，复水后上升。
外施抑制剂，阻碍叶黄素循环的顺利进行，削弱植
株对自身光合器官的保护作用，所以 PSⅡ最大光
化学效率低于单纯的干旱处理。
非光化学淬灭反映的是 PSⅡ天线色素吸收的
光能中不能用于光合电子传递而以热能的形式耗散
掉的那一部分光能，其热耗散的能力可以用非光化
学淬灭系数(NPQ)表示［10］。由图可知，干旱处理
的欧李植株随处理时间的延长 NPQ 值逐渐增加，
复水后下降至对照水平。外施 Gla 的欧李，在干旱
处理的初期(前 9 天)NPQ 值稳定，与对照无显著
差别，第 9 天之后 NPQ 值急剧降低，下降约
18. 75%。外施 DTT以及外施两种抑制剂的两组欧
李植株，从处理开始就表现下降的趋势，到第 15
天下降到最低点。外施抑制剂的三个处理组在复水
后 NPQ的值均表现上升的趋势，但未达到对照水
平。欧李是一种耐旱能力较强的植物，在漫长的进
化过程中形成了一套依赖于叶黄素循环的非光化学
淬灭(NPQ)的保护机制，在干旱逆境中通过增加
NPQ来保护自身免受伤害［11］。植物体内玉米黄质
(Z)的量与 NPQ 之间存在着非常重要的因果关
系［12 － 13］。外施抑制剂 DTT，直接抑制了 Z的形成，
导致 NPQ值下降;而外施 Gla 在初期并没有使 Z
的含量降低，所以在处理的前 9 天 NPQ值较平稳，
但持续的逆境胁迫以及抑制剂的作用使得叶黄素循
环的整个过程受到了影响，在处理后期 NPQ 表现
下降趋势。
2. 3 不同处理条件下欧李叶绿素含量的变化
图 3 不同处理条件下欧李叶片叶绿素含量的变化
Fig. 3 The changes of chlorophyll content
in C． humilis to different treatments
对照组的叶绿素含量基本保持不变，而实验组
的叶绿素含量随着处理时间的延长呈现先上升后下
降的趋势，在处理的第 9 天达到最大值，其中同时
外施 DTT和 Gla的欧李幼苗叶绿素含量增加最大。
复水后，叶绿素含量下降，但同时外施 DTT和 Gla
的组叶绿素含量未能达到对照水平(如图 3 所示)。
许多研究显示，植物在受到干旱胁迫时体内叶
绿素含量会发生改变［14］。这一指标可以指示植物
对水分胁迫的敏感性。一些研究认为，干旱会使植
物叶片的叶绿素含量增加［15 － 16］，还有一些研究认
为，干旱会使植物叶片的叶绿素含量会随着干旱程
度的加深而逐渐减少［17］。欧李具有较强的抗旱能
力，它通过增加叶绿素的合成进而提高植物的光合
37
森 林 工 程 第 31 卷
能力来抵抗逆境［18］。外施抑制剂，使得欧李植株
的叶黄素循环受阻，减弱植株在逆境下的自我保护
的能力，造成光合器官受损，最终造成叶片中的叶
绿素含量降低。
3 结论与讨论
叶黄素循环在自然界存在非常普遍，广泛存在
于高等植物、蕨类、苔藓和一些藻类植物中。1987
年 Demmig 等［19］发现玉米黄质可能与过剩光能的
耗散有关，使得叶黄素循环成为人们研究的热点。
迄今人们对叶黄素循环组分的生化特性，其在光破
坏防御中的作用进行了深入研究，取得了进展。但
是关于两个关键酶 VDE 和 ZEP 的作用方面的研究
还不是很多，本文采用抑制剂的方法对叶黄素循环
在逆境胁迫下的作用做了全面的分析。DTT 作为
VDE的专一抑制剂，它的作用已经被证实。与颉
敏华等［20］研究结果相似，DTT 处理下植株的 PSⅡ
最大光化学效率降低;另一方面陈新斌等［21］研究
DTT对海水胁迫诱导下菠菜叶绿素荧光特性的影
响，结果表明，海水胁迫下外施 DTT 使得菠菜叶
绿素含量、最大光化学效率(Fv /Fm)显著降低，而
非光化学猝灭系数(NPQ)显著上升，而本实验干旱
胁迫下外施抑制剂 DTT 使得欧李叶绿素含量升高，
NPQ值下降。这可能是由于欧李属于抗旱性较强的
植物，对于干旱的耐受性强于菠菜，增加叶绿素含
量以确保光合作用进行;NPQ的差异可能是由于处
理方式及胁迫持续时间的差异造成的。有关玉 ZEP
的抑制剂 Gla的研究比较少。由于不同品种的欧李
之间存在一定差异，导致对胁迫的耐受性不同，
VDE及 ZEP对于抑制剂的敏感性也不尽相同。
从叶黄素循环两个关键酶的抑制剂的角度入
手，探究欧李的光合抗性机制。结果表明干旱条件
下外施 DTT 和 Gla，使光合作用指标包括 NPQ 值
均低于的对照，凸显了叶黄素循环在抵御干旱胁迫
中的作用，这也为更深一步在分子生物学等层面研
究欧李的抗旱机制提供了一定的参考依据。
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［责任编辑:董希斌］
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