低温是限制植物分布的一个重要的非生物因素。目前人们已经了解,低温弱光对耐冷植物光系统的伤害主要是伤害PSII,而对冷敏感植物光系统的伤害主要是伤害PSI。但对伤害的原因和机理及如何缓解冷敏感植物低温弱光下的伤害尚不清楚。本研究通过比较低温光胁迫下,耐冷植物中亚滨藜及冷敏感植物黄瓜热耗散(NPQ)三种组分变化的差异,来阐述低温弱光主要伤害耐冷植物PSII及主要伤害冷敏感植物PSI的原因。与此同时,我们探讨了不同电子传递链抑制剂对冷敏感植物黄瓜PSI低温光胁迫下的保护。本研究主要结果如下:1.黄瓜和中亚滨藜在低温光胁迫下光系统活性及热耗散方式的比较(1).单纯的低温处理(4℃,0 μmol·m-2·s-1),不会引起黄瓜叶片光系统的伤害。(2).低温弱光处理6 h,黄瓜叶片PSII活性下降至原来的65%左右,而PSI活性下降至原来的20%左右,低温弱光对黄瓜叶片的伤害主要是对PSI的伤害。低温弱光处理6 h,将黄瓜幼苗置于室温(25℃)不同光强(0,25,100 μmol·m-2·s-1)下进行恢复处理,在3 h内光对于PSII的恢复是不利的。而随着处理时间的延长,25μmol·m-2·s-1的光强最有利于PSII活性的恢复,D1蛋白的合成需要光的参与。48 h后,不同光强下的恢复,PSII恢复程度都明显高于PSI恢复程度,说明黄瓜叶片在低温弱光伤害后,限制电子传递链恢复的关键部位是PSI。(3).低温光处理24 h,中亚滨藜叶片PSII活性下降至原来的65%左右,而PSI活性无明显变化,说明低温弱光主要伤害中亚滨藜叶片的PSII。而将24 h低温弱光处理后的中亚滨藜,置于室温弱光下(25℃,100 μmol·m-2·s-1)进行恢复时,中亚滨藜叶片PSII活性在12 h即可恢复至原来水平,故中亚滨藜对低温弱光不敏感。通过低温弱光对黄瓜和中亚滨藜的伤害研究发现,中亚滨藜比黄瓜具有更强的耐受低温弱光的能力。为探究中亚滨藜比黄瓜能够耐受低温弱光伤害的原因,我们对低温弱光下两种植物热耗散(NPQ)的方式随时间的变化进行比较。(4).随着低温弱光处理时间的变化,中亚滨藜叶片NPQ在0-6 h内发生了明显变化,常温下中亚滨藜叶片主要通过依赖跨类囊体膜质子梯度的热耗散(qE)比例由90%下降到处理6 h后的30%左右,而依赖状态转换的热耗散(qT)比例在0～3 h有一明显上升,从所占比例不到2%上升到20%左右。3 h后qT所占比例趋于平衡。而依赖PSII反应中心可逆失活的热耗散(qI)比例在6h内由所占比例10%上升至所占比例50%左右。(5).低温光处理0～4h,黄瓜热耗散的方式有明显变化,依赖类囊体膜内外质子梯度的耗散(qE)比例明显上升,4h内从所占比例60%左右上升至95%左右,而qT和qI比例在0～4h内不断下降,4h时所占比例不足5%,而在4～6h黄瓜叶片的qE比例明显下降,qI和qT比例则明显上升。通过比较中亚滨藜和黄瓜在低温光胁迫下对过剩光能的处理方式发现,耐冷植物中亚滨藜,通过增强依赖PSII反应中心可逆失活的热耗散(qI),下调了 PSII活性,阻止电子向下游传递,进而保护了电子传递链。黄瓜对于过剩光能的处理,主要通过依赖跨类囊体膜内外质子梯度的热耗散(qE),这就导致了大量电子进入光系统下游,从而对PSI造成伤害,进一步伤害整个光系统。2.不同电子传递链抑制剂对黄瓜光系统的保护机制为缓解黄瓜叶片所受低温光胁迫伤害,我们通过喷施低浓度电子传递链抑制剂,来阻止过量的电子进入光系统下游,以使其产生和耐冷植物中亚滨藜相类似的处理过剩光能的效果,为此进行了以下实验。(6).通过喷施不同浓度DCMU溶液,发现30μ mol·L-1 DCMU溶液对低温弱光处理下黄瓜叶片PSI具有一定保护作用,主要是DCMU抑制了 PSII向下游的电子传递速率,从而保护了 PSI。但DCMU在实际应用中具有非常大的局限性,低浓度的DCMU仍然会对黄瓜幼嫩叶片造成伤害。(7).通过喷施外源电子传递链抑制剂DBMIB溶液发现,1000 μmol·L-1的DBMIB溶液能够缓解低温弱光下黄瓜叶片所受低温光胁迫的伤害,且1000μmoI·L-1 DBMIB溶液会对黄瓜幼叶也具有保护作用。为进一步研究DBMIB对低温弱光下黄瓜叶片的保护机理,对喷施DBMIB的叶片热耗散的三种组成成分进行了分析,发现DBMIB能够改变低温光胁迫下黄瓜热耗散的方式,喷施DBMIB后,黄瓜叶片对过剩光能的耗散方式向主要依赖PSII可逆失活的热耗散(qI)方向转变,故DBMIB有一定的应用前景。综上所述,本实验首次通过分析冷敏感植物黄瓜和耐冷植物中亚滨藜在低温弱光胁迫下对过剩光能处理方式的差异,阐述了低温弱光对冷敏感植物的伤害机理。与此同时,通过施加外源电子传递链抑制剂,找到了一种切实可行的能缓解黄瓜低温光胁迫伤害的途径。