Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiếu sáng và ngập nước ảnh hưởng đến sự chuyển hóa chlorophyll và quang hợp ở Magnolia sinostellata
Tóm tắt
Trong các cây Magnolia sinostellata được trồng dưới điều kiện bóng râm và ngập nước, mức độ PFD vào giữa trưa mặt trời là 1050 ± 30 µmol·m− 2·s− 1 và điều trị kết hợp nước chảy (L1W2) kích hoạt những thay đổi trong quá trình chuyển hóa chlorophyll và quang hợp, điều này có lợi cho sự phát triển của loài đang bị đe dọa này. Các loài magnolia được sử dụng rộng rãi như cây cảnh trong các thành phố, nhưng chúng đang đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng trong tự nhiên. Có giả thuyết rằng bóng râm từ các cây trên tán và áp lực từ điều kiện ngập nước làm giảm tỷ lệ sống sót của chúng. Để kiểm tra giả thuyết này, chúng tôi đã trồng cây giống Magnolia sinostellata 2 năm tuổi dưới hai điều kiện: ánh sáng tự nhiên (mức độ PFD vào giữa trưa mặt trời là 1400 ± 28 µmol·m− 2·s− 1) và điều kiện tưới tiêu bình thường (tưới nước mỗi 3 ngày) (đối chứng, CK) hoặc mức độ ánh sáng giảm (L1 1050 ± 30 µmol·m− 2·s− 1; L2 700 ± 27 µmol·m− 2·s− 1 và L3 490 ± 25 µmol·m− 2·s− 1) kết hợp với hai kịch bản ngập nước: điều trị nước tĩnh (W1, mức nước giữ ở 2 cm trên bề mặt đất) hoặc điều trị nước chảy (W2, tưới nước liên tục qua tưới nhỏ giọt). Các phép đo về hàm lượng chlorophyll, trao đổi khí, và biểu hiện tương đối của các gen liên quan đến tổng hợp chlorophyll cho thấy rằng hàm lượng chlorophyll, tỷ lệ quang hợp ròng, độ dẫn khí qua khí khổng, và tỷ lệ thoát hơi nước đều cao hơn đáng kể trong điều trị L1W2 so với đối chứng hoặc bất kỳ điều trị nào khác được kiểm tra, trong khi nồng độ CO2 nội bào thấp hơn dưới điều trị L1W2. Mức độ biểu hiện của các gen liên quan đến tổng hợp chlorophyll cao hơn dưới điều kiện L1W2 so với CK, nhưng thấp hơn dưới các điều trị L1W1, L2W1, L2W2, L3W1 và L3W2. Những kết quả này cho thấy điều kiện L1W2 là điều kiện phù hợp nhất cho sự tổng hợp chlorophyll và quang hợp của M. sinostellata. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết mới về sinh lý và sự phát triển của các loài thực vật đang bị đe dọa và hướng dẫn hữu ích cho các nỗ lực bảo tồn nhằm bảo vệ các loài magnolia hoang dã.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Aarti PD, Tanaka R, Tanaka A (2006) Effects of oxidative stress on chlorophyll biosynthesis in cucumber (Cucumis sativus) cotyledons. Physiol Plant 128:186–197
Aleric KM, Kirkman LK (2005) Growth and photosynthetic responses of the federally endangered shrub, Lindera melissifolia (Lauraceae), to varied light environments. Am J Bot 92:682–689
Allakhverdiev SI, Nishiyama Y, Takahashi S, Miyairi S, Suzuki I, Murata N (2005) Systematic analysis of the relation of electron transport and ATP synthesis to the photodamage and repair of photosystem II in Synechocystis. Plant Physiol 137:263–273
Aranda I, Castro L, Pardos M, Gil L, Pardos JA (2005) Effects of the interaction between drought and shade on water relations, gas exchange and morphological traits in cork oak (Quercus suber L.) seedlings. For Ecol Manage 210:117–129
Arjenaki FG, Jabbar R, Morshed A (2012) Evaluation of drought stress on relative water content, chlorophyll content and mineral elements of wheat (Triticum aestivum L.) varieties. Int J Agric Crop Sci 4:726–729
Bartholomeus RP, Witte JPM, van Bodegom PM, van Dam JC, Aerts R (2011) Climate change threatens endangered plant species by stronger and interacting water-related stresses. J Geophys Res 116:116–120
Cheng Y, Dong Y, Yan H, Ge W, Shen C, Guan J, Liu L, Zhang Y (2012) Effects of 1-MCP on chlorophyll degradation pathway-associated genes expression and chloroplast ultrastructure during the peel yellowing of Chinese pear fruits in storage. Food Chem 135:415–422
Dai YJ, Shen ZG, Liu Y, Wang LL, Hannaway D, Lu HF (2009) Effects of shade treatments on the photosynthetic capacity, chlorophyll fluorescence, and chlorophyll content of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg. Environ Exp Bot 65:177–182
Dalal VK, Tripathy BC (2012) Modulation of chlorophyll biosynthesis by water stress in rice seedlings during chloroplast biogenesis. Plant Cell Environ 35:1685–1703
Farquhar GD, Caemmerer SV (1982) Modeling of photosynthetic response to environmental conditions. Encycl Plant Physiol 12B:317–325
Gaubier P, Wu HJ, Laudié M, Delseny M, Grellet F (1995) A chlorophyll synthetase gene from Arabidopsis thaliana. Mol Gen Genet 249:58–64
Ge Y, Lu YJ, Liao JX, Guan BH, Chang J (2004) Photosynthetic parameters of Mosla hangchowensis and M. dianthera as affected by soil moisture. Photosynthetica 42:387–391
Hasemidezfouli A, Herbert SJ (1992) Intensifying plant density response of corn with artificial shade. Agron J 84:547–551
Hörtensteiner S (2013) Update on the biochemistry of chlorophyll breakdown. Plant Mol Biol 82:505–517
Ikegami A, Yoshimura N, Motohashi K, Takahashi S, Romano PG, Hisabori T, Takamiya K, Masuda T (2007) The CHLI1 subunit of Arabidopsis thaliana magnesium chelatase is a target protein of the chloroplast thioredoxin. J Biol Chem 282:19282–19291
Kim J, Eichacker L, Rudiger W, Mullet JE (1994) Chlorophyll regulates accumulation of the plastid- encoded chlorophyll proteins P700 and D1 by increasing apoprotein stability. Plant Physiol 104:907–916
Li NN, Yang YP, Ye JH, Lu JL, Zheng XQ, Liang YR (2016) Effects of sunlight on gene expression and chemical composition of light-sensitive albino tea plant. Plant Growth Regul 78:253–262
Liao JX, Ge Y, Guan BH, JIiang YP, Chang J (2006) Photosynthetic characteristics and growth of Mosla hangchowensis and M. dianthera under different irradiances. Biol Plant 50:737–740
Liu p, Yang YS, Xu GD, Hao CY (2006) Physiological response of rare and endangered seven-son-flower (Heptacodium miconioides) to light stress under habitat fragmentation. Environ Exp Bot 57:32–40
Liu D, Kong DD, Fu XK, Ali B, Xu L, Zhou WJ (2016) Influence of exogenous 5-aminolevulinic acid on chlorophyll synthesis and related gene expression in oilseed rape de-etiolated cotyledons under water-deficit stress. Photosynthetica 54:468–474
Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2–∆∆CT method. Methods 25:402–408
Malavasi UC, Malavasi MM (2001) Leaf characteristics and chlorophyll concentration of Schyzolobium parahybum and Hymenaea stilbocarpa seedlings grown in different light regimes. Tree Physiol 21:701–703
Nagata N, Tanaka R, Satoh S, Tanaka A (2005) Identification of a vinyl reductase gene for chlorophyll synthesis in Arabidopsis thaliana and implications for the evolution of Prochlorococcus species. Plant Cell 17:233–240
Nepal S, Ojha BR, Meador AJS, Gaire SP, Shilpakar C (2014) Effect of gamma rays on germination and photosynthetic pigments of maize (Zea Mays L.) Inbreds. Int J Res 111:511–525
Ohmiya A, Hirashima M, Yagi M, Tanase K, Yamamizo C (2014) Identification of genes associated with chlorophyll accumulation in flower petals. PLoS One 9:e113738
Osório ML, Osório J, Romano A (2012) Photosynthesis, energy partitioning, and metabolic adjustments of the endangered Cistaceae species Tuberaria major under high temperature and drought. Photosynthetica 51:75–84
Quinet M, Descamps C, Coster Q, Lutts S, Jacquemart AL (2015) Tolerance to water stress and shade in the invasive Impatiens parviflora. Int J Plant Sci 176:848–858
Rodoni S, Muhlecker W, Anderl M, Moser D, Krautler B, Thomas H, Matile P, Hortensteiner S (1997) Chlorophyll breakdown in senescent chloroplasts (cleavage of pheophorbide a in two enzymic steps). Plant Physiol 115:669–676
Salvucci ME, Crafts-Brandner SJ (2004) Inhibition of photosynthesis by heat stress: the activation state of Rubisco as a limiting factor in photosynthesis. Physiol Plant 120:179–186
Sato Y, Morita R, Katsuma S, Nishimura M, Tanaka A, Kusaba M (2009) Two short-chain dehydrogenase/reductases, NON-YELLOW COLORING 1 and NYC1-LIKE, are required for chlorophyll b and light-harvesting complex II degradation during senescence in rice. Plant J 57:120–131
Shen YM, Meng D, McGrouther K, Zhang JH, Cheng LL (2017) Efficient isolation of Magnolia protoplasts and the application to subcellular localization of MdeHSF1. Plant Methods 13:44
Sun JL, Sui XL, Huang HY, Wang SH, Wei YX, Zhang ZX (2014) Low light stress down-regulated Rubisco gene expression and photosynthetic capacity during cucumber (Cucumis sativus L.) leaf development. J Integrative Agr 13:997–1007
Suzuki YJ, Makino A (2013) Translational downregulation of RBCL is operative in the coordinated expression of Rubisco genes in senescent leaves in rice. J Exp Bot 64:1145–1152
Suzuki Y, Ohkubo M, Hatakeyama H, Ohashi K, Yoshizawa R, Kojima S, Hayakawa T, Yamaya T, Mae T, Makino A (2007) Increased Rubisco content in transgenic rice transformed with the ‘sense’ rbcS gene. Plant Cell Physiol 48:626–637
Takahashi S, Murata N (2005) Interruption of the Calvin cycle inhibits the repair of Photosystem II from photodamage. Biochim Biophys Acta 1708:352–361
Tanaka A, Tanaka R (2006) Chlorophyll metabolism. Curr Opin Plant Biol 9:248–255
Wang YL, Ejder E, Yang JF, Liu R, Ye LM, He ZC, Zhang SZ (2013) Magnolia sinostellata and relatives (Magnoliaceae). Phytotaxa 154:47–58
Yan C, Wang ZS, An SQ, Chen SN, Na W, Lu CM (2008) Differences in photosynthetic capacity among different diameter-classes of Parrotia subaequalis populations and their implications to regeneration limitation. Acta Ecol Sin 28:4153–4161
Yin Z, Zhang Z, Deng D, Chao M, Gao Q, Wang Y, Yang Z, Bian Y, Hao D, Xu C (2014) Characterization of Rubisco activase genes in maize: an α-isoform gene functions alongside a β-isoform gene. Plant Physiol 164:2096–2106
Yu ZZ, Chen XX, Lu L, Liu XY, Yin H, Shen YM (2015) Distribution and community structure of Magnolia sinostellata. J Zhejiang For Sci Tech 35:47–52
Zhang ZJ, Shi L, Zhang JZ, Zhang CY (2004) Photosynthesis and growth responses of Parthenocissus quinquefolia (L.) Planch to soil water availability. Photosynthetica 42:87–92
Zhang LD, Zhang LX, Sun JL, Zhang ZX, Ren HZ, Sui XL (2013) Rubisco gene expression and photosynthetic characteristics of cucumber seedlings in response to water deficit. Sci Hortic 161:81–87
Zhang YJ, Yan F, Gao H, Xu YZ, Guo YY, Wang EJ, Li YH, Xie ZK (2015) Chlorophyll content, leaf gas exchange and growth of oriental lily as affected by shading. Russ J Plant Physiol 62:334–339
Zhang K, Liu ZY, Shan XF, Li CY, Tang XY, Chi MY, Feng H (2016) Physiological properties and chlorophyll biosynthesis in a Pak-choi (Brassica rapa L. ssp. chinensis) yellow leaf mutant, pylm. Acta Physiol Plant 39:22
Zhou W, Juneau P, Qiu B (2006) Growth and photosynthetic responses of the bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa to elevated levels of cadmium. Chemosphere 65:1738–1746