1. Na 2 CO 3 胁迫下星星草叶绿素荧 光动力学研究 汪月霞 指导教师：孙国荣 教授

2. 本报告的主要内容  目前地球的土地状况  植物受到胁迫的分类  植物抵抗胁迫（抗逆性）的机制  星星草叶绿素荧光动力学研究

3. 1. 目前地球 的土地状况

4. Areas of greatest aquifer depletion, saltwater intrusion and groundwater contamination in US. Areas of greatest aquifer depletion, saltwater intrusion and groundwater contamination in US. 地球上可用于农业耕作土地的分配

5. 胁迫引起作物大幅度减产

6.  所以, 保护农业耕作土地非常重要, 而研究和 反展那些能抗逆境的植物尤其迫切. 星星草 就是一种盐碱耐性较强的禾本科牧草，经 人工种植后能够在碱斑地上生长发育，对 盐碱土壤具有改良作用.

7. 2. 植物受到胁迫的分类 22.1 生物胁迫： 病病、虫、杂草 动动物 人人为因素等。

9. 2.2 非 生物胁迫： 水 分（旱、涝） ；  盐 ；  温 度（热、冷、冻）；  辐 射（可见、紫外） ；  化 学物质（杀虫剂、重金属、空气污染）。

11. 3 植物抵抗胁迫（抗逆性）的机制 3 植物抵抗胁迫（抗逆性）的机制 3.1 避逆 (avoidance) 机制 —— 物种进化形成的组成性 的适应. 3.1 避逆 (avoidance) 机制 —— 物种进化形成的组成性 的适应. 3.2 耐逆 (tolerance) 机制 —— 调整生理反应机制（驯 化）以适应胁迫。 3.2 耐逆 (tolerance) 机制 —— 调整生理反应机制（驯 化）以适应胁迫。

12. 3.2 植物驯化过程通过改变基因表达方式来形成 抗逆性的生理反应机制

13.  而星星草它是通 过 耐逆 (tolerance) 机制 —— 调整生理 反应机制（驯化） 以适应胁迫的.

14. 4 星星草叶绿素荧光动力学研究  众所周知，光合作用是植物最重要的生命活动之一， 研究光合作用对盐胁迫的响应，对于阐明盐胁迫对 植物的伤害机理和提高作物的抗盐性十分必要的, 光 合机理 ( 示意图 1, 示意图 2) 。 示意图 2 光合 作 用

15. 叶绿素分子对光的吸收及能量的释放示意图

16. PS Ⅰ ( 上 )PS Ⅱ ( 下 ) 反应中心结构模式

17. 叶叶绿素荧光动力学是近 年来在光合作用机理研 究中发展起来的一种新 型、快速、简便、精确 且整体无损伤检测植物 光合作用生理状况的新 技术。

18.  目前，植物体内叶绿素荧光动力学，在植物抗性生 理学、生态学及农业方面的应用都有一些研究，但 对其与植物耐盐性关系尤其是碱性盐的研究很少。 因此，本文研究了 Na 2 CO 3 胁迫对星星草叶绿素荧光 的影响，以期揭示植物荧光动力学与其耐盐性的关 系，为研究星星草耐盐生理机制以及植物的抗盐生 理积累资料 。

19. 4.1 材料与方法 44.1.1 材料培养及处 理：用容积为 600ml 的 塑料盆装满珍珠岩， 加注 Hoagland 培养液 至珍珠岩表面湿润， 然后将星星草种子均 匀撒在其上.

20. 4.1.2 待幼苗长到二叶期以上进行盐胁迫处理。用漏斗 加 10% Na 2 CO 3 至珍珠岩底层，并补充相应数量的 Hoagland 培养液到达原湿润程度，使塑料盆中 Na 2 CO 3 溶 液浓度分别为 0 ， 0.2 ， 0.4 ， 0.6 ， 0.8 ， 1.0 ， 1.2 （ % ）。

21.  4.2 方法测定 相对电导 率测定 渗透势测定 叶绿素荧光参数的测定

22. 4.2.1 相对电导率测定 当盐胁迫处理 7 天后，按 照 Maribel L. Dionisio- Sese 的方法用 326 电导 率仪测定星星草叶片的 电导率。 当盐胁迫处理 7 天后，按 照 Maribel L. Dionisio- Sese 的方法用 326 电导 率仪测定星星草叶片的 电导率。

23. 4.2.2 渗透势测定 在盐胁迫处理 7d 后，采用 5520 型蒸压计渗压计 (Hansatech 公司 ) 来测定培养 基质和星星草叶片的渗透势

24. 盐胁迫处理七天后盐胁迫处理七天后盐胁迫处理七天后盐胁迫处理七天后 叶绿素荧光参 数 4.2.3 叶绿素荧光参数的测定 FMS2 型便携式调制荧光分析仪 (Hansatech 公司 )

25. ( 天线吸收的光能用于天线热 耗散的相对份额 ) ( 天线吸收的光能用于天线热 耗散的相对份额 ) Fv/Fm ( 光系统 II(PS II) 的 最大光化学效率 ) ΦPSII (PSII 实际光 化学效率 ) ETR ( 电子传递速 率 ) Fv’/Fm’ (PS Ⅱ有效光 化学量子效 率 ) qP ( 光化学 淬灭系 数 ) qNP ( 非光化 学淬灭 系数 ) Fv/Fo ( 光系统 II 的潜在 光化学效率 ) EEP ( 光合天线吸收的光 能被用于光化学反 应的相对份额 ) PR 光化学速率 HDR ( 热耗散速率 ) HD

26. 4.3 数据统计分析 采采用 SigmaPlot2000 统计软件进行相关分析和作图， 图中数据均为 6 次重复实验的平均值

27. 4. 4 结果与分析 4. 4 结果与分析

28.  4.4.1 培养基质渗透势与 Na 2 CO 3 浓度的关系 ( 图 1) 1  4.4.2 星星草幼苗渗透势与 Na 2 CO 3 浓度 的关 系 ( 图 2) 2  4.4.3 星星草叶片电解质外渗率与 Na 2 CO 3 胁 迫浓度的关系 ( 图 3) 3

30.  4.4.4.1 星星草叶片 Fv/Fm (Fv/Fm 是 PSII 在非胁迫条件下参数 值在 0.85 左右，变化极小 ) ﹑ Fv/Fo ﹑ ΦPSII (ΦPSII 表示光系统 II 反应 中心受到环境胁迫时，存在部分反应中心关闭情况下的实际原初光能转 化效率 ) ﹑ ETR 与 Na 2 CO 3 胁迫强度的关系 ( 图 4,5,6,7) 4,5,6,7 4.4.4 叶绿素荧光参数与 Na 2 CO 3 浓度的 关系

32. 4.4.4.2 Fv’/Fm’ ( Fv’/Fm’ 指类囊体能化时 PS Ⅱ固有效率， 反映开放的 PS Ⅱ反映中心原初光能转化效率 ) qP ( qP 为荧光光化 学淬灭效率，主要反映处于激发态的 PSII 反应中心通过电荷分离进 行原初光化学反应，产生去激能力的大小, 也是对 PSII 原初电子受 体ＱＡ氧化态的一种量度，代表 PSII 反应中心开放部分的比例, 可 以反映光合电子链的电子传递速度 ) qNP ( 反映了ＰＳⅡ反应中心 非光化学能量耗散能力的大小 ) ﹑ EEP ( 光合天线吸收的光能 ) 与 Na 2 CO 3 胁迫强度的关系 ( 图 8,9,10,11) 8,9,10,11

34. 4.4.4.3 星星草叶片光化速率 ﹑ 光合天线吸收的光能被用于 热耗散的相对份额﹑天线色素热耗散与 Na 2 CO 3 浓度的关系 ( 图 12,13,14) 图 12,13,14

36. 4.5 小结与讨论

37.  本实验结果表明，在超过 0.4% 浓度的 Na 2 CO 3 胁 迫下，星星草叶片的电解质外渗率显著增加，说 明其在一定浓度的 Na 2 CO 3 胁迫下，膜系统才开 始受到伤害，进而减小了叶绿体最大光化学效率 Fv/Fm ，这与很多胁迫下的报道都一致.  同时，它也减小了 PSII 潜在光化学效率 Fv/Fo ，减 小了 PSII 有效光化学量子效率 Fv’/Fm’ 。这说明一 定浓度的 Na 2 CO 3 胁迫使光系统 II 受到了损伤。

38. 在在热、高辐射、盐和矿物质的胁迫下， PSII 实际光化学效率 ΦPSII 减小都曾有过 报道, 然而，本实验中星星草实际光化学效 率 ΦPSII 的结果却随着胁迫浓度的增大而 增大，这说明 Na 2 CO 3 胁迫使星星草吸收的 光能用于电子传递的部分越来越大，这与 电子传递速率（ ETR ）增大的结果是一致 的。但是这与一些在 NaCl 胁迫状态下的研 究结果相反, 推测这可能是由于在胁迫情况 下，星星草所具有的 “ 补偿 ” 理论，即为了 抵抗一定的胁迫，使 PSII 反应中心开放的 部分比例增大，促进了光合电子传递速度 也增大，荧光光化学猝灭系数（ qP ）也增 大，以此来保证它在胁迫下能继续生存。

39. 在在超过 0.4% 浓度的 Na 2 CO 3 胁迫下，光化学速率、热耗 散速率都也都随着胁迫浓度的增大而增大. 星星星草幼苗的超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢 酶活性随着 Na 2 CO 3 胁迫强度的增强而维持在较高的水 平 ( 孙国荣， 2001)

40. PSII 原初光能转化效率（ Fv/Fm) 、 PSII 潜 在光化学效率（ Fv/Fo) 和开放的 PSII 反应 中心原初光能转化效（ Fv’/Fm’ ) 均随着 Na 2 CO 3 胁迫的增强而减小. 而实际原初光 能转化效率（ ΦPSII) 、捕光色素吸收的光 能被用于光化学反应的相对份额（ EEP) 、 电子传递速（ ETR) 、光化学速率（ PR) 、 捕光色素吸收的光能被用于热耗散的相对 份额（ HD) 及热耗散速率（ HDR ）则随着 Na 2 CO 3 胁迫的增强而增大。

41.  这些研究结果不仅说明在小于 0.4%Na 2 CO 3 胁迫下星星草 幼苗可能存在精细的渗透调节机制调节着气孔开度，使其 光合作用得以顺利进行.  而且暗示着星星草幼苗在不同强度 Na 2 CO 3 胁迫下存在着不 同的方式以调节光能吸收与利用之间的平衡。

42. 同同时也说明星星草幼苗在高强度 Na 2 CO 3 胁迫下具有与其 它植物不同的保护机制，可能通过两条途径耗散过剩的光 能，一方面通过增加捕光色素吸收的光能被用于热耗散的 相对份额（ HD ）, 及热耗散速率（ HDR ；另一方面通过增大 实际原初光能转化效率（ ΦPSII) 、捕光色素吸收的光能被 用于光化学反应的相对份额（ EEP ）、电子传递速率 （ ETR ）、光化学速率（ PR ），增强假循环式光合磷酸化 过程，而由此引起的活性氧的增加则通过体内较高活性的 保护酶系统来清除，以保护光合器免受过剩光能的损伤。

43. 谢谢谢大家 !!! 欢欢迎大家提出宝贵意见 !