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德国科学家发现玉米黑粉菌会抑制玉米叶片C4光合途径

From:绿谷生物网 Updated:2007-10-19
德国科学家Voll的研究组近来利用气体交换/荧光成像同步测量技术,研究了玉米黑粉菌感染后玉米叶片的光合性能和碳代谢。结果发现,玉米黑粉菌感染病变部位的二氧化碳响应曲线、二氧化碳补偿点和酶活性在各个发展阶段均表现出C3光合作用,C4代谢在感染的组织被抑制。

    他们将玉米黑粉菌株SG200的细胞悬浮培养液注射入7日苗龄的玉米幼苗茎干。用同体积的水注入对照植物,然后分别测量叶绿素含量、碳水化合物、氨基酸、酶活性和光合作用等参数。通过利用德国WALZ公司的高精度4通道光合仪GFS-3000与调制叶绿素荧光成像系统IMAGING-PAM(MINI-探头)的连用(见上图),同步测量了气体交换和叶绿素荧光成像。
    玉米黑粉菌感染株仍有绿色区域,通过分析表明仍有较多的叶绿素存在。通过气体交换测量,发现感染叶片的最大同化速率显著降低,同时CO2补偿点显著增高,而此时模拟侵染的叶片CO2补偿点却降低。叶瘿内的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶活性也降低,同时,叶片病变部位NADP-苹果酸酶(NADP-ME)(C4循环的关键酶)的最大活性也减少了6倍多。从叶瘿内C4循环的相关酶活性降低开始,发现叶瘿内C4中心的代谢产物和丙氨酸含量均低于模拟感染的叶片。光合速率的降低伴随着二氧化碳气孔导度的下降。另外在萎黄色病瘿间的绿色区域,气体交换很难测量这些区域,而利用叶绿素荧光成像技术则十分简单,侵染叶片的病瘿和未受影响区域能够直观的从其吸光度上区分出来。与模拟侵染叶片相比,在感染4天时叶瘿Fv/Fm就已经显著下降,病瘿间的未受影响区域与对照差异较小。与健康叶片比,叶瘿处非光化学淬灭(NPQ)、PSII复合体中过剩光能的调节性能量耗散(Y(NPQ))均较低。这个影响伴随着非调节性能量耗散(Y(NO))的增加和电子传递速率(ETR)的降低。所有这些影响在感染6天时比感染4天时明显,表明叶瘿部位尽管光化学活性受到抑制,却仍然保持了光合活性。

    研究亮点:
    借助GFS-3000和MINI-IMAGING-PAM(合称GFS-3000/IM),同步测量了气体交换和叶绿素荧光成像,并且对病发部位的光合特性进行了测量,这些是无法用其他仪器替代的。通过MINI-IMAGING-PAM 对样品吸光系数(Abs.)的测量,明显区分了正常与感病部位,这在病理研究中也将会有重要的应用价值。他们的研究正是在GFS-3000/IM系统的强大功能支持下进行的,GFS-3000/IM系统也为科研工作者开拓了思路提供了新的研究手段,有巨大的应用潜力。

    这篇文章即将发表在国际著名期刊《Journal of Plant Physiology》上。

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