阴生植物三七稳态和动态光合特性对氮水平的响应

摘要

氮(N)对植物光合作用至关重要。阴生植物在自然生长条件下,接受的是高度动态的光照。然而,探讨N水平对阴生植物动态光照下的光合调控作用的研究相对较少。为了阐明N对阴生植物动态光合作用的调控机制,该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料,设置了低氮(LN,112.5 kg·hm^(–2))和高氮(HN,450.0kg·hm^(–2))2个N水平,研究动态光和稳态光条件下植株叶片的光合气体交换参数及卡尔文循环酶蛋白的活性和数量。结果表明单位叶面积氮含量(Narea)与光照60s的诱导状态(IS60)负相关,与达到光合作用稳态90%所需的时间(tP90)和达到光合作用稳态100%所需的时间(tP-steady)正相关,表明Narea并不是通过影响核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)的总活性来调控光诱导反应。短时间的低光间隔对Rubisco活性影响不显著,但明显降低了果糖-1,6-二磷酸酶(FBPase)和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶(SBPase)的活性;当高光照光斑突然出现时,Rubisco活性不受影响,但是SBPase和FBPase需要被重新激活以匹配Rubisco的活性。因此,低光间隔后的光合诱导主要受限于SBPase和FBPase的再激活。此外,HN处理叶片中Rubisco蛋白的含量高于FBPase和SBPase的含量;在动态光的高光照阶段,HN处理叶片需要激活较高比例的FBPase和SBPase及较长的时间来恢复光合速率。该研究结果揭示:动态光条件下,LN处理能缓解光诱导速率的下降,HN处理反而加剧光诱导速率的下降。核酮糖-1,5-二磷酸(Ru BP)再生相关酶的限制可能是动态光条件下,HN处理加剧光诱导效率下降的原因之一。