低温胁迫下交替呼吸途径对当归幼苗叶绿素荧光活性的影响

以岷当归幼苗为材料,通过温室盆栽试验研究了在低温(4℃和-7℃)胁迫下交替呼吸途径对当归幼苗叶片叶绿素含量和荧光特性的影响,探讨交替呼吸途径在当归响应低温逆境过程中的作用。结果表明,随着胁迫温度的降低和处理时间的延长,当归叶片的叶绿素含量、实际光化学效率[Y(Ⅱ)]、光合电子传递速率(ETR)及光化学淬灭系数(qL)逐渐降低,而非光化学猝灭系数(NPQ)升高;同时,低温胁迫也导致当归幼苗叶片交替呼吸容量显著升高;在低温胁迫下,经交替呼吸途径抑制剂[1 mmol·L~(-1)的水杨基氧肟酸(SHAM)]预处理的当归幼苗叶片叶绿素含量、Y(Ⅱ)、ETR及qL进一步显著下降,而NPQ进一步显著升高,且温度越低升降幅度越大。研究发现,低温胁迫对当归幼苗叶片叶绿素的合成以及PSⅡ的光化学性能产生了显著抑制,低温胁迫下交替呼吸途径对当归幼苗叶绿素合成以及PSⅡ的光化学性能具有一定的保护作用。     

黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点.系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究,加速耐冷品种的培育.耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA(丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定.耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育.黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等.黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制.黄瓜耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCRl8.今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种.     

黄瓜的冷害及耐冷性

随着蔬菜反季节栽培面积的不断扩大,如何提高黄瓜(Cucumis sativus L.)耐冷性已成为选育新品种的研究重点。系统地综述近几年黄瓜耐冷性的鉴定、获得途径、冷害机理以及遗传和分子遗传学等方面的研究,以促进对黄瓜冷害机制的研究, 加速耐冷品种的培育。耐冷性鉴定时要从耐冷指数、低温发芽能力、MDA (丙二醛)含量和电解质渗漏率等几个方面综合鉴定。耐冷性的获得途径主要有冷驯化、激素处理、热激处理和培育耐低温品种,最重要的途径是耐冷品种选育。黄瓜冷害机理包括细胞膜的流动性降低及透性增加,光合作用被抑制,根系吸收减弱,可溶性糖含量减少,淀粉粒积累增加,微管的稳定性受到破坏等。黄瓜低温发芽能力由非加性基因决定,而幼苗时期主要由加性基因控制。黄瓜 耐冷的分子遗传学研究进展缓慢,目前已克隆出在低温锻炼中特异表达的功能未知的基因CCR18。今后还应研究黄瓜低温胁迫时的信号转导系统,以进一步揭示黄瓜的冷害机理;利用野生资源的抗逆性状,拓宽栽培黄瓜的遗传基础,选育适于保护地栽培的耐低温品种。     

低温胁迫下甘肃黄花烟草愈伤组织的抗氰呼吸

继代培养的ｉｃｏｔｉｏｎｏ ｒｕｓｉｔｏａ Ｌ．ｃｖ．Ｇａｎｓｕ Ｙｅｌｌｏｗ Ｆｌｏｗｅｒ）愈伤组织经低温（４℃）处理后,交替途径容量９Ｖａｌｔ）和实际运行量（ρＶａｈ）均被显著地诱导,同时其电子传递途径也在发生交替变化。低温胁迫开始时以细胞色素途径为主,至第２天时则以交替途径为主,并一直持续到第５天,以后则又转为经细胞色素途径为主,而对照却始终以细胞色素途径为主。经放红菌酮或氯霉素处理后,受低     

黄瓜幼苗子叶在低温下的光抑制及其恢复

用PAM脉冲调制荧光仪测定叶绿素荧光的变化研究了黄瓜幼苗子叶在PFD为50和100μmolm-2s-1,温度为4、7、10、15℃下的光抑制及其恢复。结果表明,黄瓜幼苗子叶Fv／Fm随着温度的下降和PFD的增加而下降,并且增加等量的PFD在4℃下比在10℃下引起更大的Fv／Fm下降。在黑暗条件下光抑制有轻微恢复,但完士恢复必需光照,且恢复起始时的光照十分重要。DTT可部分抑制叶绿素荧光Fo和Fm的猝灭,且15℃下比在4℃下抑制效果更大。CAP能强烈地加剧光抑制并几乎完全抑制恢复,且10℃下比在4℃下对光抑制的加剧作用更大。冷锻炼提高了黄瓜幼苗抵抗低温先抑制的能力,而CAP对冷锻炼苗比未锻炼苗的低温光抑制具有更大的加剧作用。     

PP333对黄瓜幼苗素质及抗冷能力的影响

研究了ＰＰ３３３对黄瓜幼苗素质和抗冷能力的影响,结果显示ＰＰ３３３处理降低了幼苗高度和子叶面积,但却促进了根系生长、根冠比值和叶绿素含量显增加,明显表现壮苗效果。ＰＰ３３３能有效降低黄瓜幼苗在低温下的相对电导率,维持较高的ＳＯＤ活性和Ｖｃ、ＧＳＨ含量,因而提高了幼苗的抗冷能力。     

PSⅡ膜脂肪酸的脱饱和与黄瓜低温光抑制关系的研究

低温适应（１２℃,１２０μｍｏｌ／Ｌ·ｍ－２·ｓ－１ＰＰＦＤ）引起黄瓜子叶ＰＳⅡ膜碎片（ＰＳⅡｍｅｍｂｒａｎｅ,下同）饱和脂肪酸分子百分含量的减少,膜脂不饱和度提高。其中,十六碳脂肪酸的脱饱和较为明显,Ｃ１６３脂肪酸的分子百分含量经低温适应后上升。分段测定类囊体膜的电子传递活力发现,低温适应使电子传递Ｈ２Ｏ→ＭＶ和ＤＰＣ→ＭＶ呈现先降后恢复的趋势,其中ＰＳⅡ的电子传递活力在低温适应７２ｈ内受影响较小;而ＰＳⅠ的活力受到明显抑制。经叶绿素ａ荧光测定也证实,低温适应后ＰＳⅡ的荧光化学效率仍较高,同时,黄瓜子叶对低温光抑制的抗性提高。本文认为,ＰＳⅡ膜碎片中饱和脂肪酸含量的降低有可能提高膜的流动性,从而增强黄瓜幼苗对低温光抑制的抗性。     

甲基紫精对水稻不同耐冷品种叶绿素荧光参数的影响

研究了不同浓度甲基紫精(MV)对水稻幼苗进行浸根处理,对不同耐冷品种常温和低温下叶绿素荧光参数的影响.结果发现,常温下,低浓度短时间的MV处理引起水稻原初光能转换效率(Fv/Fm)、光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)较对照增加,高浓度、长时间的MV处理则使各参数下降并低于对照,耐冷品种可以维持较高的非光化学猝灭系数(NPQ).低温下只有5 μmol/L甲基紫精(简称MV5)短时间处理时两品种的Fv/Fm增加,各处理引起ΦPSⅡ和qP下降,低浓度、短时间MV处理时NPQ增加.这说明轻度氧化胁迫可以刺激水稻的光合能力增加,但氧化胁迫会加剧水稻的低温伤害,耐冷品种也可以通过维持较高的线性电子传递速率和热耗散来避免这种过氧化伤害,表现出强的抗冷性.     

低温对耐寒与不耐寒玉米线粒体膜的影响

线粒体是一种比较敏感的细胞器。很多环境因素的影响都能迅速引起线粒体发生变化。不耐寒植物受低温影响后线粒体膜的功能也会发生一定的改变。我们前曾报道玉米黄化幼苗经低温处理后(4℃,24小时)线粒体的耗氧率显著增加,呼吸控制率和氧化磷酸化效率明显下降,抗氰氧化途径基本失活。与此同时,电镜观察表明,线粒体的超细微结构也发生明显变化。本文比较低温对耐寒与不耐寒玉米线粒体膜的影响。实验的初步结果表明,与不耐寒品种不同,耐寒玉米品种的黄化幼苗经同样低温条件处理后其线粒体的氧化活性,呼吸控制,氧化磷酸化效率以及抗氰氧化途径都没有发生明显的变化。这提示,玉米经低温处理后线粒体膜的变化与耐寒性能之间具有一定的内在联系,从而根据线粒体膜的变化情况可能为鉴别玉米品种耐寒性提供一些生化指标。     

水分胁迫下小麦幼苗呼吸代谢的改变

水分胁迫下小麦幼苗叶和根的呼吸速率变化模式不同:叶片呼吸在胁迫初期升高,然后随相对含水量进一步递减而急剧下降;根的呼吸速率随相对含水量降低成指数下降。自然干旱和PEG渗透胁迫下得到的结果基本一致。小麦叶片在轻度水分胁迫下呼吸上升与磷酸化解偶联有关。水分胁迫也引起呼吸代谢途径的改变。轻度水分胁迫使叶片呼吸速率升高时,EMP途径运行程度稍有上升;增加的呼吸主要通过TCAC;线粒体呼吸中通过细胞色素主链的电子流量增加,抗氰交替途径的相对运行程度下降。当水分胁迫降低根呼吸速率时,EMP和TCAC的运行程度明显降低;细胞色素途径的运行程度也下降,但仍传递大约一半的呼吸电子流。     

盟发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L-苹果酸、α-酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP/O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

萌发绿豆子叶衰老期间的呼吸作用与线粒体功能的改变

暗中培养的绿豆幼苗子叶在萌发后3—4天时,外观出现衰老征状,6天后子叶凋落。随子叶日龄的增加,子叶的呼吸强度一直下降,呼吸商始终小于1。当外加L—苹果酸、a—酮戊二酸、琥珀酸和NADH为底物测定离体线粒体氧化活性时,衰老子叶的线粒体对上述四种底物的氧化活性有不同程度的增加;抗氰呼吸也有所升高。子叶衰老时,线粒体的ADP／O和呼吸控制(RC值均降低);线粒体ATPase水解ATP的活性升高。衰老绿豆子叶线粒体氧化磷酸化偶联效率的降低和ATPase水解活性的增强是与线粒体结构改变相联系的一种功能变化,它导致能量亏缺,并进一步加速了衰老的恶化进程。     

工业真菌中的交替氧化酶

真菌是现代微生物发酵产业的主力军之一。交替呼吸途径(Alternative respiration pathway,ARP),以其非磷酸化电子传递途径,起到了能量溢流(Energy overflow)的作用,调节细胞能量代谢,平衡碳代谢和电子传递,有利于代谢产物的积累。此外,交替呼吸对真菌的抗逆反应和条件致病菌的生理作用也都具有非常重要的影响。交替氧化酶(Alternative oxidase,AOX)是线粒体中交替呼吸途径的末端氧化酶,广泛存在于高等植物及部分真菌和藻类中。由于交替氧化酶对水杨氧肟酸(Salicylhydroxamic acid,SHAM)敏感而对细胞色素呼吸抑制剂氰化物不敏感,交替氧化酶AOX介导的交替呼吸途径又被称为抗氰呼吸途径(Cyanide-resistant respiration,CRR)。近年来,研究交替呼吸途径和交替氧化酶已成为细胞呼吸代谢领域的热门课题。本文主要对真菌交替呼吸途径和交替氧化酶的结构与其在工业真菌体内功能的最新研究进展作一简要的综述。     

双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢的影响

双氯芬酸是一种新的全球性环境污染物,严重影响植物的生长发育,但其作用机制至今尚不清楚。本研究从双氯芬酸对烟草BY-2细胞呼吸代谢和活性氧代谢的影响入手,探讨双氯芬酸抑制植物细胞生长的作用机理。结果表明,双氯芬酸处理1 d后,显著抑制了烟草BY-2细胞的生长,引起细胞内活性氧(ROS)的爆发和积累,并导致烟草BY-2细胞死亡。双氯芬酸对烟草BY-2细胞的糖酵解途径(EMP)、三羧酸循环(TCA)和戊糖磷酸途径(PPP)三个碳代谢途径以及细胞色素氧化酶(COX)和交替氧化酶(AOX)参与的两条呼吸电子传递途径均有即时抑制作用。双氯芬酸可能通过抑制细胞线粒体呼吸电子传递链的活性,导致电子从呼吸链泄漏加速ROS的形成,并反馈抑制呼吸碳代谢途径,进而导致细胞内物质代谢和能量代谢紊乱,这些是双氯芬酸抑制烟草BY-2细胞生长、导致细胞死亡的重要原因。     

冷害过程中黄瓜叶片SOD、CAT和POD活性的变化

实验选用3个耐冷力不同的黄瓜品种研究其叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）等3种抗氧化酶活性在冷害过程中的变化。结果表明：低温胁迫期间的CAT和POD活性与黄瓜叶片的耐冷力表现一致,SOD活性则与其耐冷力表现相反。低温胁迫后,3个品种的所有3种抗氧化酶活性均降低,叶片表现出明显的冷害症状,但耐冷力较高的津优10号仍然具有相对较高的CAT活性。恢复期的SOD活性无显著性变化;耐冷力最弱的津研4号和耐冷力中等的津绿3号的CAT活性上升而津优10号的CAT活性降低;3个品种的POD活性都增高,但津研4号的上升幅度明显高于其它2个品种,可能与POD能催化活性氧（ROS）产生有关。     

能量对香石竹切花在瓶插期间呼吸电子途径的影响

采用外加0.1 mmol/L ATP或0.5 mmol/L二硝基苯酚(DNP)的方法,研究了香石竹(Dianthus caryophyllus L.)切花在25±1℃和80%～90%相对湿度下瓶插期间呼吸电子传递途径的变化情况.结果表明,香石竹切花在瓶插7 d时的呼吸速率达到高峰;ATP处理明显加快切花的呼吸速率,在瓶插7 d时呼吸速率高峰值较对照(未用ATP处理)升高1倍.细胞色素途径与总呼吸活性存在显著正相关.细胞色素途径占总呼吸的比重在切花瓶插4 d后上升,并且线粒体电子传递主要依靠细胞色素主路途径进行.经ATP处理后香石竹切花的交替呼吸途径的容量、实际运行活性和运行系数明显增加;交替呼吸途径占总呼吸活性比重在瓶插4 d后迅速上升,并且交替呼吸途径容量与总呼吸活性存在显著正相关.而DNP处理则降低交替呼吸途径容量.这说明外源ATP处理加强了香石竹切花在整个瓶插期间的呼吸作用,增加了呼吸速率的高峰值,提高了抗氰呼吸作用.     

长期冷适应对黑皮果蔗光合光能利用的影响

以拔地拉(Saccharum officinarum L.cv.Badila)幼苗为材料,研究了长期(28 d)冷适应处理(白天/夜间:12℃/8℃)对其光合光能利用的影响。结果表明:无论是常温(25℃)还是低温(12℃)测定,冷适应处理明显降低了蔗苗净光合速率(Pn),增加了暗呼吸速率(Rd)和电子传递量子效率和碳同化量子效率比值(ΦPSII/ΦCO2);常温下,冷适应处理降低了不同光强下Fv'/Fm'(和NPQ反向变化)随ΦPSII下降而下降的速率,同时增加了光化学淬灭q P随ΦPSII下降而下降的速率;而低温下,不同光强下Fv'/Fm'及q P随ΦPSII下降而下降的速率与对照没有显著差异;长期冷适应处理通过光化学途径和非光化学途径耗散了光合机构多余激发能,改善了其光合冷敏性,对果蔗抗冷栽培和抗低温育种有重要参考价值。     

温度上升提高了黄瓜叶片线粒体交替氧化酶呼吸途径对光破坏防御作用的贡献

本文以黄瓜为实验材料,研究了不同温度下植物叶片交替氧化酶呼吸途径(AOX途径)对光破坏防御贡献的差异及其机理。结果表明,低温不仅抑制了AOX途径的活性,还抑制了"Malate-OAA"穿梭,导致光合作用产生的过剩还原力NAD(P)H的消耗减少,低温下抑制AOX途径后没有加重叶片光抑制;而高温下AOX途径活性的上调有效消耗了通过"Malate-OAA"穿梭机制转运而来的过剩还原力,缓解了光合电子传递链的过度还原,并且AOX途径受抑后,叶片光抑制显著增加。上述结果表明AOX途径在低温下对光破坏防御的贡献受到明显限制,而在高温下AOX途径的上调增加了其对光破坏防御的贡献。     

细胞色素bc_1复合物的喇曼光谱研究

对提纯的细胞色素ｂｃ１复合物的氧化态和底物琥珀酸还原态两个样品进行了共振喇曼和富立叶喇曼光谱测定和比较。琥珀酸还原态与氧化态的共振谱比较明显有变化,而富立叶红外谱没有什么差别。说明呼吸链的电子传递体在氧化态与还原态交替变化进行电子传递时,蛋白总体构象不发生大的改变,而活性中心血红素辅基局部构象变化很大。     

低温对不同耐寒力的黄瓜幼苗子叶的各细胞器中NAD~+-苹果酸脱氢酶的影响

NAD~+-MDH在黄瓜子叶中的定位是细胞溶质中占总活性的55～59％,线粒体为38～35％,叶绿体为7％。其同工酶谱亦为细胞溶质中带数最多,全青为5条,粤早3号为4条,线粒体和叶绿体均为1条,品种间无明显差异。黄瓜幼苗随低温胁迫的加剧,伤害逐步加重,子叶电解质渗出率明显增加,NAD~+-MDH活性亦不断下降,其中叶绿体的NAD~+-MDH对低温最敏感,1±1℃处理就能反映品种间耐寒力的差异。叶绿体和线粒体的NAD~+-MDH同工酶对低温的反应与活性变化一致,谱带数没有差异,只是活性降低。细胞溶质部分酶带较多,各条酶带对低温的反应不同。