銀杏葉片衰老過(guò)程中葉綠體光合能力的變化

摘?要：以大田栽培的十年生雌性銀杏植株為實(shí)驗(yàn)材料，研究自然條件下葉片衰老過(guò)程中葉綠體光合能力的變化.結(jié)果表明：葉綠體的光合能力隨葉片的衰老持續(xù)下降，總?cè)~綠素含量迅速下降，類胡蘿卜素含量沒(méi)有明顯變化，而類胡蘿卜素與葉綠素比值呈上升趨勢(shì)，在衰老末期較為顯著;葉綠體中ATP含量、葉綠體放氧活性、電子傳遞活性、光合磷酸化活性、Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase的活性均下降，且Ca2+-ATPase活性明顯弱于Mg2+-ATPase活性;葉綠體內(nèi)SOD，POD，APX和 CAT四種抗氧化保護(hù)酶活性均呈先升后降的趨勢(shì)，衰老后期活性最高，衰老末期四種抗氧化保護(hù)酶活性同時(shí)大幅下降，葉綠體在葉片衰老過(guò)程中具有較強(qiáng)活性氧清除的酶促能力.

關(guān)鍵詞：銀杏;葉片衰老;光合能力

[中圖分類號(hào)]Q948???[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

Changes in Photosynthetic Abilities in the Chloroplastsof Ginkgo Leaves During Senescence

YANG Xiansong

（College of Food and Bio-engineering， Bengbu University， Bengbu 233030，China）

Abstract：Changes in photosynthetic abilities in the chloroplasts of 10-year-old female ginkgo leaves during senescence were studied in the field under natural environmental conditions. The results showed that the photosynthetic abilities gradually decreased as the leaves senesced， the content of total chlorophyll decreased rapidly while the contents of carotenoids changed little during， but the ratio of carotenoids / chlorophyll increased， particularly in the final senescence. The content of ATP， the activity of O2 evolution of chloroplasts， the electron transport activities， the activity of photo-phosphorylation and the activity of Ca2+-ATPase and Mg2+-ATPase declined as the leaf senesced， and the activity of Ca2+-ATPase was significantly lower than that of Mg2+-ATPase. The activities of the antioxidative enzymes， such as superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD）， ascorbate peroxidase （APX） and catalase （CAT） were strengthened then declined， peaked in the late senescence. Until the final senescence， activities of four kinds of enzymes were decreased significantly. The antioxidant enzyme system plays a key role in elimination of reactive oxygen species from leaf expansion to late senescence.

Key words：Ginkgo （Ginkgo biloba L.）; leaf senescence; photosynthetic abilities

銀杏（Ginkgo biloba L.）是現(xiàn)存裸子植物銀杏目中獨(dú)科獨(dú)屬獨(dú)種的孑遺植物，為我國(guó)特有的珍稀植物資源.[1]銀杏在植物系統(tǒng)演化研究中具重要地位，被達(dá)爾文稱為“活化石”.銀杏作為傳統(tǒng)中藥在我國(guó)有千年以上歷史，銀杏葉提取物作為藥劑已大量應(yīng)用于心腦血管疾病的治療.[2]本試驗(yàn)以銀杏為試材，研究自然條件下銀杏葉片衰老進(jìn)程中葉綠體光合能力的變化特性，為銀杏的栽培和田間管理提供理論依據(jù).

1?材料與方法

1.1?材料

供試材料采用江蘇省江都林業(yè)管理站大田栽培的十年生雌性銀杏植株，田間試驗(yàn)為每年的7月中旬-11月中旬.每隔一個(gè)月采樣一次.

1.2?方法

可溶性蛋白含量測(cè)定參考Bradford[3]的方法.光合色素含量的測(cè)定、葉綠體放氧活性的測(cè)定、葉綠體光合磷酸化活性的測(cè)定、葉綠體ATP含量的測(cè)定、類囊體膜電子傳遞活性的測(cè)定均參考楊賢松[4]的方法.葉綠體ATP酶活性的測(cè)定、Mg2+-ATPase和Ca2+-ATPase的活性參考Vallejos[5]的方法.SOD，POD，APX及CAT的活性均參考楊賢松[6]的方法測(cè)定.

2?結(jié)果與分析

2.1?可溶性蛋白含量的變化

葉片衰老進(jìn)程中，可溶性蛋白含量先升后降，衰老前期（8月）含量最多，末期（11月）最少（圖1）.

2.2?光合色素含量的變化

葉片衰老進(jìn)程中，總?cè)~綠素含量逐漸下降，

衰老末期（11月）最少，而類胡蘿卜素含量沒(méi)有明顯變化（圖2 ）.類胡蘿卜素與葉綠素比值呈先升高后趨于平穩(wěn)再顯著上升的趨勢(shì)（圖3）.

2.3?銀杏葉綠體光合磷酸化活力的變化

葉片衰老進(jìn)程中，銀杏葉綠體光合磷酸化活性逐漸降低，衰老中后期降幅較為明顯（圖4）.

2.4?銀杏葉綠體ATP含量的變化

葉片衰老進(jìn)程中，ATP含量逐漸下降，衰老初期（7月）含量最多，末期（11月）最少（圖5）.

2.5?銀杏葉綠體ATPase活力的變化

葉片衰老進(jìn)程中，葉綠體Mg2+和Ca2+ -ATPase活性均降低，Ca2+ -ATPase活性明顯弱于Mg2+-ATPase活性（圖6）.

2.6?銀杏葉綠體放氧活性的變化

葉片衰老進(jìn)程中，葉綠體放氧活性直線下降，衰老初期（7月）活性最高，末期（11月）最低（圖7）.

2.7?類囊體膜電子傳遞活性的變化

葉片衰老進(jìn)程中，PSII、PSI和全電子鏈的電子傳遞活性均降低，衰老初期（7月）活性最高，末期（11月）最低（圖8）.

2.8??抗氧化保護(hù)酶活性的變化

葉片衰老進(jìn)程中，SOD，APX，POD和 CAT四種抗氧化保護(hù)酶活性均呈先升后降的趨勢(shì)，衰老后期（10月）活性最高（圖9）.

3?討論

研究結(jié)果表明，銀杏葉片衰老進(jìn)程中光合電子傳遞活性的降低導(dǎo)致葉綠體光合磷酸化和光合放氧活性下降，葉綠體光能吸收能力的減弱導(dǎo)致葉片光合功能的衰減，銀杏葉片衰老進(jìn)程中葉綠體的光合能力不斷降低.

蛋白質(zhì)降解是葉片衰老的典型特征之一[7]，且易降解的蛋白質(zhì)大多為可溶性蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞里一般以酶的形式存在，其中跟光合作用有關(guān)的RuBP 羧化酶大約占葉片可溶性蛋白的一半左右.[8]可溶性蛋白質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)改變，意味著以RuBP羧化酶為主的細(xì)胞內(nèi)各種酶含量的動(dòng)態(tài)改變.本研究顯示，在葉片衰老進(jìn)程中，銀杏葉片可溶性蛋白含量呈下降態(tài)勢(shì).

葉綠素參與光合作用中光能的吸收、傳遞及轉(zhuǎn)化，葉片葉綠素處于合成代謝和降解代謝的動(dòng)態(tài)改變中，通常在葉片衰老進(jìn)程中葉綠素的降解速率大于合成速率.[9-10]本研究顯示，銀杏葉片葉綠素含量在衰老期顯著下降.

葉片衰老進(jìn)程中光合電子傳遞活性的改變必然對(duì)光合放氧及光合磷酸化活性發(fā)揮重要影響.[11]本研究顯示，在葉片衰老進(jìn)程中，銀杏葉片PSI、PSII及全電子鏈的電子傳遞活性都隨葉片衰老而降低，葉綠體放氧活性也隨葉片衰老而降低，推斷放氧活性降低可能是由于電子傳遞活性降低所致.

光合磷酸化活性的強(qiáng)弱反映了葉綠體在光照條件下合成ATP的能力，也代表了葉綠體光能轉(zhuǎn)化特性.[11]本研究顯示，在葉片衰老進(jìn)程中，銀杏葉片葉綠體光合磷酸化活性逐漸降低，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠體ATP含量在葉片衰老進(jìn)程中不斷降低，說(shuō)明葉綠體光能轉(zhuǎn)化效率在葉片衰老進(jìn)程中也逐漸下降.葉綠體ATPase跟葉綠體膜結(jié)合形成復(fù)合蛋白，在催化光合磷酸化過(guò)程中發(fā)揮著積極作用.[11]本研究顯示，在葉片衰老進(jìn)程中，銀杏葉片葉綠體Ca2+-ATPase和Mg2+-ATPase的活性顯著下降，說(shuō)明ATP酶催化光合磷酸化反應(yīng)的能力降低.本研究結(jié)果還顯示，葉綠體電子傳遞活性與其光合磷酸化的活性同步降低，表明葉綠體光合電子傳遞的衰減跟光合磷酸化是同步的，進(jìn)一步證明光合電子傳遞的衰減是導(dǎo)致光合磷酸化活性降低的重要原因.

植物具有完善的清除活性氧的防衛(wèi)系統(tǒng)，讓體內(nèi)產(chǎn)生和清除活性氧處于動(dòng)態(tài)平衡.[11]本研究顯示，在葉片衰老進(jìn)程中，銀杏葉片葉綠體中四種抗氧化保護(hù)酶活性都先升后降（圖8）.說(shuō)明銀杏葉綠體在葉片全展后至衰老后期均具有較高的活性氧清除酶促能力.直到衰老末期（11月）SOD，POD，APX和 CAT四種酶的活性一起大幅下降，H2O2不能被及時(shí)清除，在葉綠體內(nèi)快速積累，加劇了葉綠體的衰老.類胡蘿卜素作為一種強(qiáng)抗氧化劑，既參與光能的捕獲，又參與單線態(tài)氧的猝滅.[12]本研究顯示，在葉片衰老進(jìn)程中，盡管類胡蘿卜素含量變化很小，但類胡蘿卜素與葉綠素比值卻先升后平穩(wěn)再顯著上升.因此，在銀杏葉片衰老進(jìn)程中，類胡蘿卜素在避免過(guò)剩激發(fā)能對(duì)光合系統(tǒng)的損傷上發(fā)揮重要作用.

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編輯：琳莉