纳米氧化钛促进菠菜光化学反应的若干效应

摘要

纳米氧化钛(以下均用纳米TiO2表示)具有光催化特性。鉴于这一特性，纳米Ti02在光解制氢方面的运用已有大量报道。我们也曾研究证实纳米TiO2不仅能明显促进植物对光能的吸收，促进光能转换为电能及活跃的化学能，还能促进CO2的同化及氮代谢，从而大大提高光合作用效率。但在纳米TiO2对于光能吸收、光电转换方面的作用机制缺乏深入研究。为此我们利用一定浓度的纳米TiO2处理菠菜，研究纳米TiO2促进菠菜光化学反应的若干效应，旨在为纳米复合肥的开发利用提供理论依据。 论文主要涉及以下内容： 1、研究了纳米Ti02处理对菠菜老化种子活力和生长效应的影响。结果表明用0.025-0.4％纳米TiO2处理老化的菠菜种子，能明显加快老化种子的发芽，显著提高种子的活力；明显增加菠菜植株的生长量，其干重的增加尤为显著。在生长期间，纳米。Ti02处理能促进叶绿素的形成，增加叶绿素含量，显著提高Rubiseo羧化酶的活性和光合作用的效率。其中用O.25％纳米TiO2处理效果最好。而用体相TiO2处理的其各项生理指标均明显不如纳米TiO2处理的，显示了纳米TiO2促进植物生长发育的效应与其纳米级的颗粒大小有密切的关系。但纳米TiO2促进植物生长发育的机制有待于进一步深入研究。 2、研究了不同光照下纳米TiO2对菠菜叶绿体光化学反应的影响。研究发现，在可见光与近紫外光照射下纳米TiO2处理的菠菜叶绿体，其电子传递速率、放氧速率、光合磷酸化速率都显著增加。证实纳米TiO2不仅能在可见光下明显促进菠菜叶绿体的全链电子传递，PS Ⅱ光还原活性，放氧速度及光合磷酸化活性，同时进入叶绿体内的纳米TiO2吸收近紫外光后被激发出来的高能电子参与了光合电子传递链传递，使NADP+被还原成NADPH，并偶联磷酸化作用使电能转变为ATP。纳米TiO2失去电子后从水中夺取电子和形成质子并使叶绿体内氧气释放速率加快，促进了水的光解。 3、研究了纳米TiO2对菠菜LHC Ⅱ光谱特性和在类囊体膜上含量的影响。结果表明纳米TiO2处理能够增加菠菜类囊体膜上LHCⅡ的含量，且也增加LHCⅡ的三聚体；纳米TiO2可进入菠菜叶绿体并结合到PSⅡ上，观察到纳米TiO2处理的LHCⅡ在红光区和蓝光区的吸收峰值、680nm处的荧光产额、440nm和480nm附近的激发峰显著增大及F480/F440比显著下降，与此同时PSⅡ颗粒氧气释放速率明显提高，表明纳米TiO2促进了叶绿素b和类胡萝卜素向叶绿素a的能量传递，LHCⅡ中的叶绿素对纳米TiO2发生了光敏化作用，提高了光能的吸收、传递和转化效率。 4、以纳米TiO2处理拟南芥研究其对叶绿体光能吸收及传递的作用机制。结果表明纳米TiO2处理可诱导拟南芥LhcⅡ b大量表达，显著增加LHC Ⅱ蛋白色素复合物在类囊体膜上的分布，极大地促进叶绿体对光能的吸收和传递，调节激发能由PSⅠ向PSⅡ大量分配，因而加快拟南芥叶绿体的光电转换和氧气释放。 5、用纳米TiO2处理，研究其对近紫外光照下菠菜叶绿体抗氧化性损伤的影响。研究表明，在近紫外光照下纳米TiO2处理菠菜后，离体叶绿体的O2.-和H2O2自由基产生速率、膜脂过氧化水平均明显低于对照，而清除活性氧自由基的SOD、CAT、POD、APOD等抗氧化酶系统的活性又明显高于对照。纳米TiO2处理过的菠菜离体叶绿体在近紫外光照1-15 min内光合放氧速率显著高于对照，表明纳米TiO2处理菠菜后使叶绿体的抗氧化胁迫能力增强。

目录

文摘

英文文摘

声明

研究背景 纳米TiO2在植物生物学效应方面的研究进展

第一部分纳米TiO2对菠菜老化种子活力及生长的影响

第二部分不同光照下纳米TiO2对菠菜叶绿体光化学反应的影响

第三部分纳米TiO2对菠菜LHCⅡ光谱特征及其在类囊体膜上分布的影响

第四部分纳米TiO2对拟南芥LHCⅡ基因表达的调节及叶绿体光谱特征的影响

第五部分纳米TiO2对紫外辐射下菠菜叶绿体的抗氧化胁迫能力的影响

结论

攻读学位期间公开发表以及已录用的论文

致谢