荫蔽下光强和光质对大豆幼苗形态及光合特性的调控机制

摘要

在玉米-大豆带状套作栽培模式下，高位作物玉米会对低位作物大豆造成荫蔽，而荫蔽不仅是光强减弱还伴随着红光/远红光比值下降，为明确大豆形态及光合特性对荫蔽下光强和光质变化的响应特征，以南豆12为材料，设置4个不同的光环境处理分别为:正常光照(CK)，正常光照+远红光(A1)，弱光(A2)，弱光+远红光(A3)。研究荫蔽下光强和光质对大豆形态、叶片结构及光合特性的影响，分析不同光环境对大豆叶片光合作用相关的差异表达蛋白的调控机制，为提高套作大豆产量提供理论依据。主要结果如下:
　　1.就形态而言，弱光条件下，A2，A3处理大豆株高显著增加，分别比对照处理增加了94.54％和81.20％;但茎粗显著低于对照处理，分别减少了19.76％和17.33％。低红光/远红光比值能增加大豆幼苗叶柄长度，A1处理下各叶柄长度分别显著高出对照77.67％、30.97％、35.74％、58.77％。
　　2.荫蔽下光强和光质对大豆叶片及叶绿体结构影响如下:A1处理下大豆叶片栅栏组织、海绵组织较对照处理下降了17.66％和10.26％。A2处理栅栏组织和海绵组织厚度分别为对照处理的46.63％和62.14％，叶片厚度显著降低32.92％。A3处理栅栏组织分化受到严重抑制，比对照处理减少了51.73％，叶片厚度显著低于对照处理。弱光能明显改变大豆叶绿体形状、减少淀粉粒面积和数量，增加基粒片层垛叠程度。在正常光下降低红光/远红光比值，大豆叶绿体形态差异不大，但叶绿体内淀粉粒面积显著增加。
　　3.光环境变化引发大豆叶片光合特性改变:与对照相比，A1处理大豆叶片随着气孔导度和胞间CO2浓度的增加，净光合速率显著提高;A2、A3处理叶片气孔导度和胞间CO2浓度都增大，但净光合速率显著降低。正常光添加远红后大豆叶片叶绿素a含量减少，类胡萝卜素含量增加;弱光条件及弱光添加远红光下两个处理叶绿素a含量和叶绿素a/b降低，叶绿素b含量增加。
　　4.利用iTRAQ技术在不同光环境下的大豆叶片中筛选出了定位在叶绿体中的20个与光合作用相关的差异表达蛋白，主要涉及卟啉与叶绿素生物合成代谢途径、捕光色素蛋白复合体代谢途径、光合磷酸化和蔗糖淀粉代谢途径。当只减少光强时，大豆叶片原叶绿素酸酯合成酶，铁氧还原蛋白、质体蓝素以及叶绿素a/b蛋白复合体都表达上调。而在只降低红光/远红光比值条件下，原叶绿素酸酯还原酶以及捕光色素蛋白复合体表达下调。在蔗糖淀粉代谢途径中，只减弱光强使蔗糖合酶与颗粒结合淀粉合成酶上调，而在低红光/远红光比值条件下，未发现与之相关的差异蛋白。在弱光和低红光/远红光比值共同变化的条件下，大豆叶片中主要参与蔗糖生成的蔗糖合酶表达上调以及促进淀粉生成的葡萄糖-1-磷酸腺苷酰转移酶下调。
　　综合以上研究结果，在弱光和低红光/远红光比值环境下，大豆通过调控自身形态、叶片结构、光合特性及光合代谢途径中蛋白质差异表达来适应光环境的变化。

目录

声明

摘要

英文缩写符号与中英文对照表

绪论

1 文献综述

1．1光强和光质对植物形态的影响

1．2光强和光质对植物叶片结构及叶绿体超微结构的影响

1．3光强和光质对植物光合荧光特性的影响

1．4蛋白质组学在植物逆境胁迫研究中的应用

1．4．1 iTRAQ技术在蛋白质组学中的应用

1．4．2逆境胁迫对植物蛋白质组学的研究进展

1．5拟解决关键科学问题

2材料和方法

2．1试验材料和仪器

2．2试验设计

2．3测定项目及方法

2．3．1大豆冠层光环境测定

2．3．2大豆幼苗形态测定

2．3．4叶片解剖结构

2．3．5叶绿体超微结构

2．3．6光合特性

2．3．7光合色素

2．3．8叶绿素荧光

2．3．9叶片可溶性糖、蔗糖、淀粉含量

2．3．10蛋白组学分析

2．4数据分析

3结果与分析

3．1荫蔽下光强和光质对大豆幼苗形态特征的影响

3．2荫蔽下光强和光质对大豆生物量的影响

3．3荫蔽下光强和光质对大豆叶片结构和叶绿体超微结构的影响

3．3．1荫蔽下光强和光质对大豆叶片结构的影响

3．3．2荫蔽下光强和光质对叶绿体超微结构的影响

3．4荫蔽下光强和光质对大豆叶片光合能力的影响

3．4．1荫蔽下光强和光质对大豆叶片叶面积和比叶重的影晌

3．4．2荫蔽下光强和光质对大豆叶片光合色素的影响

3．4．3荫蔽下光强和光质对大豆叶片光合特性的影响

3．4．4荫蔽下光强和光质对大豆叶片叶绿素荧光参数的影响

3．4．5荫蔽下光强和光质对大豆叶片可溶性糖、淀粉和蔗糖含量的影响

3．5荫蔽下光强和光质对大豆叶片蛋白质差异表达影响的生物信息学分析

3．5．2生物学途径分析

3．5．3荫蔽下光强和光质对叶绿体中光合作用相关代谢途径差异表达蛋白质的影响

4讨论

4．1荫蔽下大豆冠层光合有效辐射和光质的变化

4．2荫蔽下光强和光质对大豆幼苗形态特征及生物量的影响

4．3荫蔽下光强和光质对大豆幼苗叶片结构及叶绿体超微结构影响

4．4荫蔽下光强和光质对的大豆光合能力的影响

4．5荫蔽下光强和光质对大豆叶片蛋白质差异表达影响的生物信息学分析

5结论

参考文献

致谢

作者简历