全 文 ：ISSN 1000-0933
CN 11-2031/Q
中国生态学学会 主办
出版
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生
态
学
报
中国科学院生态环境研究中心
第 31卷 第 13期 Vol.31 No.13 2011
生态学报
Acta Ecologica Sinica第三
十
一
卷
第
十
三
期
二
○
一
一
年
七
月
2011-13 2011.7.6, 4:59 PM1
　 　 　 　 　 生 态 学 报
　 　 　 　 　 　 　 (SHENGTAI XUEBAO)
　 　 第 31 卷 第 13 期　 　 2011 年 7 月　 (半月刊)
目　 　 次
我国东部北亚热带植物群落季相的时空变化 陈效逑,亓孝然,阿　 杉,等 (3559)………………………………
华北低丘山地人工林蒸散的季节变化及环境影响要素 黄　 辉,孟　 平,张劲松,等 (3569)……………………
东北东部 14 个温带树种树干呼吸的种内种间变异 许　 飞,王传宽,王兴昌 (3581)……………………………
RS和 GIS支持的洪河地区湿地生态健康评价 王一涵,周德民,孙永华 (3590)…………………………………
应用光合色素研究广西钦州湾丰水期浮游植物群落结构 蓝文陆,王晓辉,黎明民 (3601)……………………
基于不可替代性的青海省三江源地区保护区功能区划研究 曲　 艺,王秀磊,栾晓峰,等 (3609)………………
融雪时间对大卫马先蒿生长和繁殖特性的影响 陈文年,吴　 彦,吴　 宁,等 (3621)…………………………
巴郎山刺叶高山栎叶片 δ13C对海拔高度的响应 冯秋红,程瑞梅,史作民,等 (3629)…………………………
宁南半干旱与半干旱偏旱区苜蓿草地土壤水分与养分特征 任晶晶,李　 军,王学春,等 (3638)……………
南岭小坑藜蒴栲群落地上部分生物量分配规律 李　 根,周光益,王　 旭,等 (3650)……………………………
放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响 章异平,江　 源,刘全儒,等 (3659)…………………………
短期增温对贡嘎山峨眉冷杉幼苗生长及其 CNP化学计量学特征的影响
羊留冬,杨　 燕,王根绪,等 (3668)
………………………………………
……………………………………………………………………………
锰胁迫对垂序商陆叶片形态结构及叶绿体超微结构的影响 梁文斌,薛生国,沈吉红,等 (3677)………………
土荆芥挥发油对蚕豆根尖细胞的化感潜力 胡琬君,马丹炜,王亚男,等 (3684)…………………………………
喀斯特城市杨树人工林微量元素的生物循环 王新凯,田大伦,闫文德,等 (3691)………………………………
大兴安岭林区多孔菌的区系组成与种群结构 崔宝凯,余长军 (3700)……………………………………………
铜绿微囊藻和斜生栅藻非稳态营养盐限制条件下的生长竞争特性 赵晓东,潘　 江,李金页,等 (3710)………
陆地棉萌发至三叶期不同生育阶段耐盐特性 王俊娟,王德龙,樊伟莉,等 (3720)………………………………
基于模式生物秀丽隐杆线虫的三丁基锡生态毒性评价 王　 云,杨亚楠,简风雷,等 (3728)……………………
大庆油田石油开采对土壤线虫群落的影响 肖能文,谢德燕,王学霞,等 (3736)…………………………………
若尔盖高寒草甸退化对中小型土壤动物群落的影响 吴鹏飞,杨大星 (3745)……………………………………
洞庭湖湿地土壤环境及其对退田还湖方式的响应 刘　 娜,王克林,谢永宏,等 (3758)…………………………
渭北旱塬苹果园地产量和深层土壤水分效应模拟 张社红,李　 军,王学春,等 (3767)…………………………
黄土丘陵区不同土地利用下土壤释放 N2O潜力的影响因素 祁金花,黄懿梅,张　 宏,等 (3778)……………
东北中部地区水稻不同生育时期低温处理下生理变化及耐冷性比较 宋广树,孙忠富,孙　 蕾,等 (3788)……
硫对成熟期烤烟叶绿素荧光参数的影响 朱英华,屠乃美,肖汉乾,等 (3796)……………………………………
高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应
邱翠花,计玮玮,郭延平 (3802)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
覆膜对土壤-莴苣体系氮素分布和植物吸收的影响 李丽丽,李非里,刘秋亚,等 (3811)………………………
基于空间分带的崇明东滩水鸟适宜生境的时空动态分析 范学忠,张利权,袁　 琳,等 (3820)…………………
驯鹿对苔藓植物的选择食用及其生境的物种多样性 冯　 超,白学良 (3830)……………………………………
北京城市绿地调蓄雨水径流功能及其价值评估 张　 彪,谢高地,薛　 康,等 (3839)……………………………
专论与综述
冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应 倪永清,史学伟,郑晓吉,等 (3846)…………………………
哺乳动物毛被传热性能及其影响因素 郑　 雷,张　 伟,华　 彦 (3856)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 70． 00*1510*33*
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2011-07
封面图说: 滇金丝猴是我国特有的世界珍稀动物之一,属国家一级重点保护物种。 仅生活在滇藏交界处的高寒云冷杉林中,是
我国川、滇、黔三种金丝猴中唯一具有和人类一样美丽红唇的金丝猴。 手中的松萝是它最喜爱的食物之一。
彩图提供: 陈建伟教授　 国家林业局　 E-mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 13 期
2011 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 13
Jul. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金(30771497)
收稿日期:2011鄄01鄄06; 摇 摇 修订日期:2011鄄04鄄21
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: ypguo@ nwsuaf. edu. cn
邱翠花,计玮玮,郭延平.高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应.生态学报,2011,31(13):3802鄄3810.
Qiu C H, Ji W W, Guo Y P. Effects of high temperature and strong light on chlorophyll fluorescence, the D1 protein, and Deg1 protease in Satsuma
mandarin, and the protective role of salicylic acid. Acta Ecologica Sinica,2011,31( 13):3802鄄3810.
高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和
Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应
邱翠花1,计玮玮1,郭延平2,*
(1. 浙江大学园艺系, 杭州摇 310029;2. 西北农林科技大学园艺学院, 杨凌摇 712100)
摘要:以 3 年生温州蜜柑(Citrus unishiu Marc. )植株为试材,用叶绿素荧光分析、Western鄄blotting 蛋白质印记技术及 DAB(3,3忆鄄
二氨基联苯胺)显色法,研究了高温强光(38 益和 1600 滋mol·m-2·s-1)对叶片叶绿素荧光参数、PS(光系统)域反应中心 D1 蛋白
和 Deg1 蛋白酶的影响和 SA(水杨酸)的效应。 结果表明,高温强光交互作用 4 h后,叶片的初始荧光 Fo 升高,最大光能转化效
率 Fv / Fm、表观光合电子传递速率 ETR及 PS域的量子产额 椎PS域显著降低;在 D1 蛋白降解的同时,Deg1 蛋白酶含量也下降,并
伴有 H2O2 的积累。 在高温强光下,外源的 H2O2 使叶绿素荧光动力学快相参数(Fi-Fo) / (Fp-Fo)值(反映 PS域中 QB非还原中
心的数量)升高和 I鄄P的斜率(反映 PS域 活化中心还原态 QA积累的值)下降,Fv / Fm、ETR、椎PS域及 D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶下降
幅度增大;而外源的 SA使这些参数下降幅度减小。 这些结果说明,高温强光诱导 H2O2 的积累造成 Deg1 蛋白酶和光系统反应
中心 D1 蛋白的降解,Deg1 蛋白酶的减少也进一步限制了 D1 蛋白的周转,进而使温州蜜柑 PS域反应中心遭到破坏,SA对光合
机构光破坏有保护作用。
关键词:温州蜜柑;高温强光;叶绿素荧光;D1 蛋白;Deg1 蛋白酶;H2O2
Effects of high temperature and strong light on chlorophyll fluorescence, the D1
protein, and Deg1 protease in Satsuma mandarin, and the protective role of
salicylic acid
QIU Cuihua1, JI Weiwei1, GUO Yanping2,*
1 Department of Horticulture, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310029, China
2 College of Horticulture, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China
Abstract: Photosynthesis is the key physiological process for crop yield and quality. Environmental stresses, especially
light and temperature stresses, are important limiting factors for photosynthesis. Light and heat stress often co鄄occur under
natural conditions, especially during day time in summer when temperatures and light intensity can reach 30—40益 and
1000—2000 滋mol·m-2·s-1, respectively. Such combined stresses severely restrict growth and photosynthesis of plants in
many regions of the world, and have more severe effects than either stress alone. Satsuma mandarin (Citrus unshiu Marc. )
is widely cultivated in the Yangtze River Valley. For growth of citrus species, the optimum temperatures are between 22 and
30益, and the saturation light intensity ranges from 600 滋mol·m-2·s-1 to 800 滋mol·m-2·s-1 . The decreased photosynthesis
resulting from high temperatures and strong light has become a serious problem for citrus cultivation because of decreased
yield. Although the effects of high temperature or strong light on photosynthesis have been studied, less is known about their
combined effects on photosynthesis. We selected 3鄄year鄄old Satsuma mandarin plants to study the effects of high temperature
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(38益) and strong light (1600 滋mol·m-2·s-1 ) on chlorophyll fluorescence parameters and the relative contents of D1
protein ( the reaction center protein of photosystem 域) and Deg1 protease in leaves. Fluorescence parameters were
measured using a chlorophyll fluorometer, the D1 protein and Deg1 protease were analyzed by Western鄄blotting, and
hydrogen peroxide (H2O2) was detected using the 3,3鄄diaminobenzidine鄄uptake method. We also investigated the effects of
exogenous hydrogen peroxide (H2O2) and salicylic acid (SA) on leaf parameters under high temperature and strong light.
The results showed that the initial fluorescence (Fo) significantly increased when Satsuma mandarin leaves were exposed to
high temperature and strong light for 4 h, whereas the maximal photochemical efficiency of PS域 (Fv / Fm ), electron
transport rate (ETR) and quantum yield of PS域 (椎PS域) decreased. The relative content of Deg1 protease decreased when
the D1 protein degraded, while simultaneously, H2O2 accumulated in the leaves. Analysis of the fast phase of chlorophyll
fluorescence kinetics showed that exogenous H2O2 increased the (F i-Fo) / (Fp-Fo) value ( the number of non-reductive
QB centers in PS域 ), but decreased the slope of F i to Fp(the redox state of QA in the activation center of PS域). Thus,
exogenous H2O2 increased the PS域 photoinactivation ratio. The Fv / Fm, ETR, 椎PS域, and relative contents of D1 protein
and Deg1 protease also decreased, compared with their respective values in the control. These parameters include: the slop
from Fi to Fp, (F i -Fo) / (Fp -Fo), Fv / Fm, ETR, 椎PS域, and relative contents of D1 protein and Deg1 protease were
somewhat decreased by exogenous SA under high temperature and strong light. These results suggested that the
accumulation of H2O2 induced by high temperature and strong light caused the net contents of D1 protein and Deg1 protease
to decrease by inhibiting protein synthesis, and the decrease in Deg1 protease further limited the D1 protein turnover, which
resulted in damage to the PS域 reaction center in Satsuma mandarin leaves. These results also indicate that exogenous SA
could protect the photosynthetic apparatus against photo鄄damage in Satsuma mandarin leaves.
Key Words: Satsuma mandarin; high temperature and strong light; chlorophyll fluorescence; D1 protein; Deg1 protease;
hydrogen peroxide
光合作用是作物产量和品质形成的基础,逆境是限制光合作用的重要因素,其中高温和强光是主要逆境
之一。 作物光合机构 PS域反应中心 D1 蛋白周转最容易受到强光的影响[1]。 在正常的生长环境中,D1 蛋白
通过不断地快速降解和重新合成维持 PS域的活性[2鄄3],但强光引起的光抑制打破了这种平衡,使光破坏的速
率远远大于 PS域修复速率[4]。 破坏的 D1 蛋白只有被降解后才能由新合成的蛋白来替换,其中 Deg蛋白酶参
与了 D1 蛋白的降解过程。 Deg1 蛋白酶是 Deg家族中位于类囊体腔侧的蛋白酶之一,它不仅可以降解类囊体
腔侧的蛋白质,而且在没有环境胁迫的情况下参与 D1 蛋白的降解和 PS域的修复过程[5]。 因此,进一步弄清
胁迫环境中 Deg1 蛋白酶对 D1 蛋白周转及保护其免受破坏的机理显得愈加重要。
越来越多的研究证明,处于逆境中的植物体内活性氧(H2O2、HO、O-2 )的含量增加[6鄄7]。 在所有的活性氧
种类中,因 H2O2 是最稳定的一种活性氧,所以对其的研究颇多。 H2O2 为植物细胞的信号分子,浓度较低时
可以增加植物的耐受性[8],但浓度较高时则会对植物造成氧化伤害[9鄄11],抑制新的 D1 蛋白的合成,阻碍 PS域
的修复循环,从而加剧光抑制[4,7]。 植物在漫长的进化过程中已经形成了一套完整的抗氧化系统来避免活性
氧可能造成的伤害[12鄄13]。 目前,也陆续发现外源水杨酸(SA)与植物体内活性氧的代谢有关,能提高植物对非
生物逆境的抗性[14鄄16],但对高温强光逆境下外源 H2O2 和 SA共同作用于光合体系的研究却很少。
柑橘是我国长江流域栽培的重要经济作物[17鄄18],夏季常常遭遇异常高温强光天气的侵袭,引起光合作用
的光抑制,甚至发生光合机构不可逆的破坏[19鄄20]。 因此,研究高温强光胁迫下柑橘 D1 蛋白周转及外源 SA对
光合机构的保护机理,旨在为生产中采取抗逆应变措施,提高柑橘抗逆性提供理论依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 实验材料
本实验于 2010 年 6—9 月在浙江大学华家池校区内进行。 研究材料为 3 年生枳砧温州蜜柑(Citrus
3083摇 13 期 摇 摇 摇 邱翠花摇 等:高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应 摇
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unshiu Marc. )盆栽苗,盆高 272 mm、上部直径 251 mm、底部直径 178 mm。 每盆土量约为 7. 0—8. 0 kg,基质为
1 颐1(体积分数)的泥炭土和田间壤土。 盆栽柑橘苗置于自动控温 20—25 益的温室中生长,空气相对湿度为
70%—80% 。 培养及实验期间及时充分灌水,以防水分亏缺。
1. 2摇 研究方法
1. 2. 1摇 光温交互处理
选取大小和生长状况一致的温州蜜柑盆栽苗从温室移至人工气候室内后,挑选树冠外围枝条中上部生理
状态较一致的健壮成熟叶片进行标记,作为测定叶片进行不同水平光温处理。 照射光源为镝灯,在灯与植株
之间以水循环的有机玻璃水槽隔热,调节叶片与光源之间的距离以保证照射到叶片表面的光合有效辐射为所
需的强度。 实验设 4 个处理:玉、适温中等光[(25依1)益和(800依 50)滋mol·m-2·s-1];域、适温强光[(25依1)益
和(1600依50)滋mol·m-2·s-1];芋、高温中等光[(38依1)益和(800依50)滋mol·m-2·s-1];郁、高温强光[(38依1)益
和(1600依50)滋mol·m-2·s-1],处理时间为 4 h。 在处理过程中,用量子辐射光度计(Li鄄188B,LI鄄COR,USA)测
定光强。 每隔 1 h测定 1 次叶片的叶绿素荧光参数,每个处理重复 6 次;每隔 2 h 液氮固定温州蜜柑叶片,用
于蛋白含量分析,重复 3 次。 结果以平均值依标准误表示。
1. 2. 2摇 叶绿素荧光参数的测定和计算
标记叶片经暗适应 20 min 后,用 PAM鄄2000(Walz,Germany)便携式叶绿素荧光仪测定初始荧光 Fo和最
大荧光 Fm。 测定时,先打开测量光(PFD < 0. 1 滋mol·m-2·s-1,频率为 600 Hz)测定初始荧光 Fo,再打开一次
饱和脉冲光(PFD > 3000 滋mol·m-2·s-1,频率为 20 kHz,0. 8 s,1 个脉冲),测定最大荧光(Fm)和最大光化学效
率 Fv / Fm。 之后,打开作用光(光强约为 420 滋mol·m-2·s-1,白光),当 Fs(光下稳态荧光)稳定后,再打饱和脉
冲光测定 Fm忆,然后关闭作用光,打开远红光(光强约为 5 滋mol·m-2·s-1),3s 后测定 Fo忆(光适应后的初始荧
光)。 电子传递速率(ETR)和 PS域 的量子产量(椎PS域)分别按公式 ETR=0. 5伊0. 85伊PAR伊椎PS域和椎PS域 =(Fm忆
-Fs) / Fm忆计算[21鄄22]。 数据处理软件为 PAM Win(Walz,Germany)。
叶片的快相荧光诱导动力学参照 Lichtenthaler和 Govindjee的方法[23鄄24]。 经过充分暗适应的叶片以 1000
滋s / point的测样速率照射红光(PFD约为 50 滋mol·m-2·s-1,2 s),整个过程约持续 4 s。
1. 2. 3摇 叶片中过氧化氢的观测
参考 Thordal鄄Christensen等的方法[25],将经标记的叶片迅速插入 1 mg / mL 的 3, 3鄄二氨基联苯胺(DAB,
pH值 3. 8)溶液中,于 25 益,30 滋mol·m-2·s-1放置 3 h使叶片均匀吸取 DAB溶液。 然后分别将处理后的叶片
贴在水槽壁上,调节水槽内水的温度,使叶片表面温度为 25 益或 38 益,并用 1600 滋mol·m-2·s-1或 800
滋mol·m-2·s-1的光强照射处理 4 h。 叶片经 95%乙醇中煮沸直至退去绿色,于 95%乙醇中保存以备观察。
1. 2. 4摇 外源水杨酸和过氧化氢引入叶片
将已选好的生理状态较一致的成熟叶片剪下,并将其叶柄于水中再剪一段,迅速转移至 1 mmol / L的水杨
酸溶液和 10 mmol / L的过氧化氢溶液中,于弱光 30 滋mol·m-2·s-1、25 益下放置 3 h,对照叶片浸入蒸馏水中。
然后将对照叶片和饲喂水杨酸与过氧化氢的叶片置于 38 益,1600 滋mol·m-2·s-1下处理 30 min后取样,用液氮
固定进行蛋白含量的测定。
1. 2. 5摇 类囊体膜提取和蛋白含量分析
(1)类囊体膜提取
参照 Russell等法提取类囊体膜[26]。 将已用液氮固定的处理叶片去除中脉放入预冷的研钵中,加入 8 mL
冰冷的提取液(10 mmol / L NaF、50 mmol / L Tricine、100 mmol / L蔗糖、5 mmol / L MgCl2,pH值 7. 8)。 粗提液用
1157伊g,4 益离心 5 min 后去沉淀,上清液用 18514伊g 离心 30 min,去上清液,在沉淀中加入适量的提取液悬
浮、保存,最后所得即为类囊体颗粒。
(2)蛋白含量检测
类囊体膜经样品缓冲液[0. 3 mol / L Tris鄄HCl(pH值 6. 8),12% SDS,36% 茁鄄巯基乙醇,60%甘油,0. 01%
4083 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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溴酚蓝]增溶,在 50 益水浴中变性 30 min 后,用 15%和 12% SDS鄄PAGE(含 4 mol / L 尿素)分离类囊体膜蛋
白,每孔上样量 8 滋g Chl。
Westem鄄blotting蛋白质印迹分析采用文献 27 中方法并加以改进[27],将凝胶转移印迹至 PVDF膜后,与特
异性 D1 和 Deg1 抗体 (Agrisera 公司)进行反应。 显色试剂用 SuperSignal 誖 West Pico Chemiluminescent
Substrate(Perice 公司),显色后用 LAS鄄3000(Fuji Film,Japan)化学发光系统分析显影。 实验用的一抗为兔抗
体,二抗为辣根过氧化物酶标记的兔抗体。 采用 Quantity鄄One 软件(Bio鄄Rad 公司)对凝胶进行蛋白质定量
分析。
1. 3摇 数据处理与分析
本试验数据用 Excel处理,Origin 8 软件作图,SAS 9. 1 软件进行 Tukey显著性分析。
2摇 结果与分析
2. 1摇 光温交互作用对温州蜜柑叶片叶绿素荧光参数的影响
经 25 益适温 800 滋mol·m-2·s-1中等光强和 25 益适温 1600 滋mol·m-2·s-1强光处理 4 h后,叶片的初始荧光
Fo、PS域最大光化学效率 Fv / Fm、电子传递速率 ETR和 PS域量子产量 椎PS域无明显变化;38 益高温 800 滋mol·
m-2·s-1中等光强处理 4 h后,Fv / Fm下降了 31. 4% ,而 Fo、ETR、椎PS域变化不大;38 益高温 1600 滋mol·m-2·s-1强
光处理前 2 h使 Fo 显著上升,随着处理时间的延长 Fo 又呈现下降的趋势,但是整个处理过程中 Fv / Fm、ETR、
椎PS域则显著下降,作用 4 h后,3 参数 Fv / Fm、ETR、椎PS域分别下降了 74. 3% 、82. 8% 、81. 8% (图 1)。 可见,高
温强光交互作用对温州蜜柑叶片叶绿素荧光参数的影响远大于单一高温或强光因子。
0
20
40
60
80
100
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.60
0.2
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0.6
0.8
C D
A

B
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
时间 Time/h
电子
传递
速率
ETR/
(mo
l?
?m-2 ?
s-1 )
初始
荧光
F o
光系
统
量子
产量

PS
最大
光化
学效
率 F
v/F m
25°C, 80025°C, 160038°C, 80038°C, 1600
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
图 1摇 不同光温水平交互作用过程中温州蜜柑叶片叶绿素荧光参数的变化
Fig. 1摇 Changes of chlorophyll fluorescence parameters in Satsuma mandarin leaves under interactive impacts of different combinations of
light and temperature
2. 2摇 光温交互作用对温州蜜柑叶片 D1 和 Deg1 的影响
Western鄄Blotting结果显示,温州蜜柑叶片经不同水平的光温交互作用后,PS域反应中心 D1 蛋白和 Deg1
蛋白酶含量均有不同程度的变化(图 2)。 与对照(0 h)相比,经 25 益适温 800 滋mol·m-2·s-1中等光强交互作
用 4 h,叶片中 D1 和 Deg1 蛋白含量无明显变化;25 益适温 1600 滋mol·m-2·s-1强光交互作用 2 h对 D1 和 Deg1
蛋白含量影响也不大,但处理 4 h后则分别下降了 30%和 20% ;当 38 益高温 800 滋mol·m-2·s-1中等光强处理
温州蜜柑叶片时,D1 和 Deg1 含量均呈现下降的趋势,4 h 后下降幅度达 32%和 35% 。 与适温中等光或适温
5083摇 13 期 摇 摇 摇 邱翠花摇 等:高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应 摇
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强光交互作用后相比,经高温中等光处理的叶片中两种蛋白的含量下降幅度更大些;特别是经 38 益高温
1600 滋mol·m-2·s-1强光交互作用处理 2 h后,D1 和 Deg1 含量就下降了 51%和 59% ,4 h后仅为对照的 24%和
17% ,且 D1 蛋白与 Deg1 蛋白酶具有很好的相关性。 可见,高温强光的交互作用极易造成类囊体膜蛋白的大
量降解。
Mark 0h 2h4h 2h 4h 2h 4h 2h 4h
Deg1
Deg1
%
%
A
B
95KD72KD55KD43KD34KD26KD
17KD
100 93 116 91 70 89 68 49 24
1741657480949695100
D1
D1
25°C 38°C800 1600 1600800 mol.m-2.s-1/
/
/
摇 图 2摇 温州蜜柑叶片经不同光温水平交互作用 2 h 与 4 h 后,用
SDS鄄PAGE和Western鄄Blotting检测的叶片中 D1 和 Deg1 含量的
变化
Fig. 2摇 Changes of D1 protein and Deg1 in Satsuma mandarin
leaves under interactive impacts of different combinations of light
and temperature for 2 h and 4 h were analyzed by SDS鄄PAGE
and Western鄄Blotting
A:SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳结果;B:蛋白质印记分析
2. 3摇 光温交互作用对叶片中 H2O2 积累的影响
DAB(3, 3鄄diaminobenzidine)在过氧化物酶存在时
能够与 H2O2 反应并立即生成在多数溶液中都相当稳
定的一种褐色聚合物,这个褐色聚合物的多少,反映了
H2O2 在叶片内的分布量甚至其在亚细胞水平上的定
位[25]。 与对照相比,经过 25 益适温 800 滋mol·m-2·s-1
中等光交互作用 4 h 后的温州蜜柑叶片中并无明显的
H2O2 积累;而经过 25 益适温 1600 滋mol·m-2·s-1强光或
38 益高温 800 滋mol·m-2·s-1中等光交互作用 4 h 后,仅
叶片叶柄附近的叶脉周围有部分的 H2O2 积累。 但经
过 38 益高温 1600 滋mol·m-2·s-1强光交互作用 4 h 后则
可以看到 H2O2 几乎遍布了整个叶片(图 3)。 这些结果
说明高温强光交互作用导致了温州蜜柑叶片中 H2O2
的大量积累。
/NT 800 1600 800
25°C 25°C 38°C
图 3摇 经不同光温水平交互作用 4 h 后温州蜜柑叶片中 H2O2 的积累状况
Fig. 3摇 The accumulation of H2O2 in Satsuma mandarin leaves under interactive impacts of different combinations of light and temperature
for 4 h
NT:25益,30 滋mol·m-2·s-1弱光下诱导 3h后未经光温处理的叶片
2. 4摇 高温强光下 H2O2 和外源水杨酸(SA)对叶片叶绿
素荧光参数的影响
为了进一步探讨 H2O2 对光合机构的影响及 SA 对
光合机构的保护效应,向叶片中引入 H2O2 和 SA,并将
其置于 38 益高温 1600 滋mol·m-2·s-1强光的环境中处理
30 min。 叶片引入 H2O2 和 SA 后,不经高温强光处理,
其 Fo、Fv / Fm、ETR 和 椎PS域与对照(H2O)相比没有显著性差异,但经高温强光处理 30 min 后,引入 H2O2 的
Fv / Fm、ETR和 椎PS域的值均低于对照,仅为对照的 66. 3% 、61. 5% 、61. 4% ;相反,引入外源 SA 的 Fv / Fm、ETR
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和 椎PS域值高于对照,分别是对照的 172% 、108% 、108% (图 4)。 这些结果表明,H2O2 会降低高温强光下的光
合功能,而 SA在一定程度上可以减轻高温强光对光合机构的影响。
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
cb
a a a
a
B
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
aaaaaa
A
0
8
16
24
32
40
b
a
aaa
a
C
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
b
a
a
a
a a
D
38°C, 160038°C, 1600
处理条件 Treatment conditions H2O H2O2 SA H2O H2O2 SA
H2O H2O2 SA H2O H2O2 SA
电子
传递
速率
ETR/
(mo
l?电子
?m-2 ?
s-1 )
初始
荧光
F o

光系
统
量子
产量

PS
最大
光化
学效
率 F
v/F m
图 4摇 高温强光下外源水杨酸与过氧化氢对温州蜜柑叶片叶绿素荧光参数的影响
Fig. 4摇 Effects of exogenous salicylic acid and hydrogen peroxide on chlorophyll fluorescence parameters in Satsuma mandarin leaves under
high temperature and strong light
图中小写字母为不同处理在同一处理时间下的差异显著性(P<0. 05)
2. 5摇 高温强光下外源 SA和 H2O2 对叶片叶绿素荧光快速诱导动力学曲线的影响
0
0.3
0.6
0.9
1.2
SA
H2O H2O2
时间 Time/s-1 0 1 2 3 4
荧光
强度
Fluo
resce
nce i
ntens
ity
P
DIO
摇 图 5摇 高温强光下外源水杨酸与过氧化氢处理对温州蜜柑叶片荧
光诱导动力学曲线快相的影响
Fig. 5摇 Effects of SA and H2O2on Kinetic curves of chlorophyll a
fluorescence fast phase in Satsuma mandarin leaves under high
temperature strong light conditions
从荧光动力学快速诱导曲线 O 相位上升到 P 相位
反映了电子由 PS域反应中心向 QA、QB及 PQ 库传递的
过程。 在荧光诱导动力学曲线中,O—I 阶段和 I—P 阶
段的变化分别用参数(F i -Fo) / (Fp -Fo)和 I鄄P 的斜率
表示。 O—I阶段的变化[即(F i -Fo) / (Fp -Fo)值的大
小]反映了 PS域中 QB非还原中心的百分比,即 PS域反
应中心失活的状况,而 I—P 阶段的变化(即 I—P 的斜
率大小)反映了 PS域 活化中心还原态 QA积累的情况。
分别引入 H2O、H2O2 和 SA 的叶片经 38 益高温 1600
滋mol·m-2·s-1强光处理 30 min 后,叶绿素荧光快相诱导
动力学曲线存在明显差异(图 5)。 与对照 H2O 相比,
引入 H2O2 叶片的荧光动力学曲线中拐点 D基本消失,
峰点 P明显降低,(F i-Fo) / (Fp-Fo)值显著升高,而 F i
到 Fp 的斜率显著下降;而引入外源 SA 叶片的荧光动
力学曲线中峰点 P明显高于对照,且(F i-Fo) / (Fp-Fo)
值明显降低,F i 到 Fp 的斜率也明显上升(表 1)。 说明
当叶片中存在大量 H2O2 时会导致 PS域中非还原 QB比例增加,而 Q-B 的比例减少,即电子传递从 Q-A 到 QB受
阻,QA的活性下降,失活的反应中心比例升高;外源 SA能通过调整 PS域反应中心中 QB非还原中心与还原态
7083摇 13 期 摇 摇 摇 邱翠花摇 等:高温强光对温州蜜柑叶绿素荧光、D1 蛋白和 Deg1 蛋白酶的影响及 SA效应 摇
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QA的比例维持较高的 PS域的活性。
表 1摇 高温强光下外源水杨酸与过氧化氢处理对温州蜜柑叶片叶绿素荧光快相参数的影响
Table 1摇 Effects of SA and H2O2on parameters of chlorophyll fluorescence fast phase (Fi -Fo ) / (Fp -Fo ) and slope of Fi to Fp in Satsuma
mandarin leaves under high temperature strong light conditions
处理 Treatments (Fi-Fo) / (Fp-Fo) Fi 到 Fp 的斜率 Slop from Fi to Fp
H2O 0. 372依0. 014 b 0. 077依0. 008 b
H2O2 / (10 mmol / L) 0. 513依0. 018 a 0. 027依0. 002 c
SA / (1 mmol / L) 0. 231依0. 015 c 0. 187依0. 015 a
摇 摇 表中小写字母为不同处理间的差异显著性(P<0. 05)
0
30
60
90
120
150
180
b
c
a
0
30
60
90
120
150
180
b
c
a
B
A
处理条件 Treatment conditions H2O H2O2 SA
Deg1
的相
对含
量
Rela
tive c
onten
t of D
eg1 p
rotei
n/%
D1的
相对
含量
Rela
tive c
onten
t of D
1 pro
tein/%
摇 图 6摇 高温强光下外源水杨酸( SA)与 H2O2 对温州蜜柑叶片中
D1 和 Deg1 含量的影响
Fig. 6 摇 Effects of SA and H2 O2 on relative content of D1 and
Deg1 in Satsuma mandarin leaves under high temperature and
strong light conditions for 30 min
A:蛋白质印记分析;B:D1 和 Deg1 相对含量; 图中小写字母为不
同处理间的差异显著性(P<0. 05)
2. 6摇 高温强光下外源水杨酸和过氧化氢对类囊体膜蛋白含量的影响
叶片引入 SA和 H2O2 经 38 益高温 1600 滋mol·m-2·s-1强光交互作用 30 min后,D1 和 Deg1 含量的变化如
图 6。 与对照 H2O相比,叶片中引入 H2O2 的叶片,其 D1 和 Deg1 含量均下降,下降幅度分别达 35%和 41% ;
引入 SA后,叶片中的 D1 和 Deg1 含量不但没有下降,反而分别上升了 53%和 51% 。 可见,H2O2 造成了 D1
和 Deg1 降解,而外源 SA有利于 D1 和 Deg1 的合成。
3摇 讨论
初始荧光(Fo)是 PS域反应中心处于完全开放时的
荧光产量,Fo 上升表明 PS域反应中心受到破坏或失活,
Fo 下降与叶黄素循环有关[28]。 在本实验中,高温强光
使 Fo 先上升后下降(图 1A),暗示了高温强光作用 2 h
后已经造成了温州蜜柑叶片 PS域反应中心的失活或破
坏。 Fv / Fm反应了暗适应下 PS域的最大光化学效率,即
在吸收的总光能中用于光化学的能量[29]。 Fv / Fm下降
主要有两种情况:一是光合功能的下调,但 PS域反应中
心并不失活,是光合机构免遭光破坏的保护机制;二是
PS域反应中心破坏[19, 30]。 本研究结合 Fo 的变化可以
推测高温强光造成的 Fv / Fm下降(图 1B)与 PS域反应
中心破坏有关,而单一高温或单一强光处理引起的 Fv /
Fm下降可能只是光合功能的下调,在一定程度上,是为
了减少用于光化学的能量,从而保护 PS域免遭高温破
坏[31鄄32]。 此外,经高温强光交互作用后,反映 PS域电子
传递能力的椎PS域和表观的电子传递速率 ETR显著下降
(图 1C,D),这也为 PS域反应中心遭受高温光破坏提供
了佐证。
在高等植物中, D1 蛋白是构成 PS域反应中心基本
框架的重要组分之一[33鄄34]。 现已发现在强光或与其它
环境胁迫相偶联时,D1 蛋白会发生净降解,且 D1 的降
解与胁迫环境中大量产生的活性氧有关[35鄄37]。 D1 蛋
白周转是 PS域修复的前提条件,有研究发现 D1 蛋白的
降解需要 Deg1 蛋白酶参与[5]。 但也有实验表明,Deg
家族蛋白并不是 D1 蛋白周转和 PS域修复所必需的,
FtsH蛋白酶可单独介导 D1 蛋白的降解[38鄄39]。 在本实
8083 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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验中,温州蜜柑在高温强光交互作用下,叶片 D1 蛋白含量明显降低(图 2),可见高温强光下 PS域反应中心确
实遭到了破坏。 高温强光胁迫下 D1 蛋白下降的同时,Deg1 蛋白酶的含量明显降低(图 2),推测在柑橘上
Deg1 蛋白酶参与了 D1 的周转,可能是较长时间的高温强光交互作用,使 Deg1 蛋白酶受到破坏,而不能继续
降解受损的 D1 蛋白,限制了 D1 蛋白的周转,其机制还有待于进一步的研究。
从本研究来看,经过高温强光处理后的温州蜜柑叶片中 H2O2 大量积累(图 3),这一结果与黄瓜和小麦
相似[40鄄41],由此可以推测,高温强光交互作用下,植物体内抗氧化酶系统受到抑制,打破了活性氧的产生与清
除之间的动态平衡,无法清除过多的 H2O2,导致 H2O2 的积累。 而大量积累的 H2O2 可能是造成光合机构氧
化破坏和加剧光抑制的重要原因。 活性氧通过抑制 D1 蛋白的重新合成来抑制损坏的 PS域的修复[4, 7, 42]。
本研究发现,与对照(H2O)相比,引入外源 H2O2 的温州蜜柑叶片经高温强光交互作用后,Fv / Fm、ETR、椎PS域
显著下降,QA寅QB的电子传递受阻(表 1,图 4,图 5),PS域反应中心 D1 蛋白含量急剧减少(图 6),并且伴随
着 Deg1 蛋白酶的减少,这充分说明了高温强光下大量积累的 H2O2 抑制了 D1 蛋白的修复,导致 PS域反应中
心发生了不可逆的破坏。 近来研究发现,SA缓解大麦幼苗的渗透胁迫主要是通过活性氧,而并非水杨酸本身
作用[16]。 虽然本实验与渗透胁迫关系不大,但高温强光下引入外源 SA 的温州蜜柑叶片的 Fv / Fm、ETR 和
椎PS域(图 4)显著高于对照,而且外源 SA的存在有效抑制了高温强光所致的 D1 蛋白降解,保持了较高的 Deg1
蛋白酶活性,有活性的 PS域反应中心比例显著上升(表 1,图 5,图 6)。 因此推测 SA能平衡柑橘叶片内的活
性氧代谢,维持一定的 PS域反应中心结构稳定及周转,对光合机构有保护作用。
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0183 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 13 July,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Spatiotemporal variation of plant community aspections in the north-subtropical zone of eastern China
CHEN Xiaoqiu, QI Xiaoran, A Shan, et al (3559)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Seasonal variations and environmental control impacts of evapotranspiration in a hilly plantation in the mountain areas of North
China HUANG Hui, MENG Ping, ZHANG Jinsong, et al (3569)…………………………………………………………………
Intra- and inter-specific variations in stem respiration for 14 temperate tree species in northeastern China
XU Fei,WANG Chuankuan, WANG Xingchang (3581)
……………………………
……………………………………………………………………………
Assessment of the ecological health of wetlands in Honghe supported by RS and GIS techniques
WANG Yihan,ZHOU Demin,SUN Yonghua (3590)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
Phytoplankton community structure in Qinzhou Bay during flood season by analysis of HPLC photosynthetic pigment signatures
LAN Wenlu, WANG Xiaohui, LI Mingmin (3601)
………
…………………………………………………………………………………
Irreplaceability-based function zoning of nature reserves in the Three Rivers Headwater Region of Qinghai Province
QU Yi, WANG Xiulei, LUAN Xiaofeng, et al (3609)
…………………
……………………………………………………………………………
Effects of snowmelt timing on individual growth and reproduction of Pedicularis davidii var. pentodon on the eastern Tibetan
Plateau CHEN Wennian, WU Yan, WU Ning, et al (3621)………………………………………………………………………
Response of foliar δ13C of Quercus spinosa to altitudinal gradients FENG Qiuhong, CHENG Ruimei, SHI Zuomin, et al (3629)……
Soil water and nutrient characteristics of alfalfa grasslands at semi-arid and semi-arid prone to drought areas in southern Ningxia
REN Jingjing, LI Jun, WANG Xuechun, et al (3638)
……
……………………………………………………………………………
Aboveground biomass of natural Castanopsis fissa community at the Xiaokeng of NanLing Mountain, Southern China
LI Gen, ZHOU Guangyi, WANG Xu, et al (3650)
…………………
…………………………………………………………………………………
Impacts of grazing on herbage quality of the alpine and subalpine meadows within Wutai Mountain
ZHANG Yiping, JIANG Yuan, LIU Quanru, et al (3659)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Short-term effects of warming on growth and stoichiometrical characteristics of Abies fabiri (Mast. ) Craib seedling in Gongga
mountain YANG Liudong, YANG Yan, WANG Genxu, et al (3668)……………………………………………………………
Manganese stress on morphological structures of leaf and ultrastructures of chloroplast of a manganese hyperaccumulator,
Phytolacca americana LIANG Wenbin, XUE Shengguo, SHEN Jihong, et al (3677)……………………………………………
Allelopathicpotential of volatile oil from Chenopodium ambrosioides L. on root tip cells of Vicia faba
HU Wanjun, MA Danwei, WANG Yanan, et al (3684)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Contents and cycling of microelements in Karst urban poplar plantations WANG Xinkai,TIAN Dalun,YAN Wende, et al (3691)……
Fungal flora and population structure of polypores in the Great Xingan Mountains CUI Baokai,YU Changjun (3700)…………………
Growth competition characteristics of Microcystis aeruginosa Kutz and Scenedesmus obliquus (Turp. ) Kutz under non-steady-state
nutrient limitation ZHAO Xiaodong, PAN Jiang, LI Jinye, et al (3710)…………………………………………………………
The characters of salt-tolerance at different growth stages in cotton WANG Junjuan, WANG Delong, FAN Weili, et al (3720)……
Assessment of tributyltin ecotoxicity using a model animal nematode Caenorhabditis elegans
WANG Yun, YANG Yanan, JIAN Fenglei, et al (3728)
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Effectof oil exploitation on soil nematode communities in Daqing Oilfield
XIAO Nengwen, XIE Deyan, WANG Xuexia, et al (3736)
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Effect ofhabitat degradation on soil meso- and microfaunal communities in the Zoigê Alpine Meadow, Qinghai-Tibetan Plateau
WU Pengfei, YANG Daxing (3745)
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Characteristics of the soil environment of Dongting Lake wetlands and its response to the converting farmland to lake project
LIU Na, WANG Kelin, XIE Yonghong, et al (3758)
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Modeling the changes of yield and deep soil water in apple orchards in Weibei rainfed highland
ZHANG Shehong, LI Jun, WANG Xuechun, et al (3767)
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Potential soil N2O emissions and its controlling factors under different land use patterns on hilly-gully loess plateau
QI Jinhua, HUANG Yimei, ZHANG Hong, et al (3778)
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Comparison between physiological properties and cold tolerance under low temperature treatment during different growing stages
of rice in northeast
central region of China SONG Guangshu, SUN Zhongfu, SUN Lei, et al (3788)………………………………………………………
Effect of sulfur on chlorophyll fluorescence of flue-cured tobacco at maturation stage
ZHU Yinghua,TU Naimei, XIAO Hanqian, et al (3796)
…………………………………………………
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Effects of high temperature and strong light on chlorophyll fluorescence, the D1 protein, and Deg1 protease in Satsuma mandarin,
and the protective role of salicylic acid QIU Cuihua, JI Weiwei, GUO Yanping (3802)…………………………………………
Effect of plastic film mulching on the distribution and translocation of nitrogen in soil-lettuce system
LI Lili, LI Feili, LIU Qiuya, et al (3811)
…………………………………
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An analysis on spatio-temporal dynamics of suitable habitats for waterbirds based on spatial zonation at Chongming Dongtan,
Shanghai FAN Xuezhong, ZHANG Liquan, YUAN Lin, et al (3820)……………………………………………………………
The bryophyte consumed by reindeers and species diversity of bryophyte in reindeer habitats FENG Chao, BAI Xueliang (3830)……
Evaluation of rainwater runoff storage by urban green spaces in Beijing ZHANG Biao, XIE Gaodi, XUE Kang, et al (3839)………
Review and Monograph
Advances in methane-cycling microbial communities of permafrost and their response to global change
NI Yongqing,SHI Xuewei, ZHENG Xiaoji, et al (3846)
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Heat transfer property of mammal pelage and its influencing factors ZHENG Lei, ZHANG Wei, HUA Yan (3856)…………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊★
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
　 ★《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1． 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
　 　 编辑部主任　 孔红梅　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 执行编辑　 刘天星　 段　 靖
生　 态　 学　 报
(SHENGTAI　 XUEBAO)
(半月刊　 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷　 第 13 期　 (2011 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
　
(Semimonthly,Started in 1981)
　
Vol． 31　 No． 13　 2011
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