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樟树幼苗机械损伤叶片对挥发性有机化合物及叶绿素荧光参数的影响

周帅, 林富平, 王玉魁, 沈应柏, 张汝民, 高荣孚, 高岩

植物生态学报 2012, 36 (7): 671-680. DOI: 10.3724/SP.J.1258.2012.00671

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为探讨植物在机械损伤后C₆-C₁₀醛类化合物的释放机理, 及C₆-C₁₀醛类化合物对叶片光系统II (PSII)的影响, 以樟树(Cinnamomum camphora)为材料, 采用动态顶空气体循环法和热脱附/气相色谱/质谱联用技术(TDS-GC-MS), 对樟树幼苗叶片损伤后释放的C₆-C₁₀醛类化合物进行采集与分析, 并同步测定了脂氧合酶活性和损伤叶片的叶绿素荧光动力学参数。结果表明: 樟树幼苗叶片损伤后, 其挥发性有机化合物中己醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛的释放量比损伤前分别增加了2.47、0.99、1.34、0.91和28.38倍(p < 0.01); 同时新增4种醛类化合物, 分别是: 2-己烯醛、2,4-己二烯醛、(E)-2-辛烯醛和(E)-2-壬烯醛。脂氧合酶活性比损伤前增加1.2倍(p < 0.01)。PSII单位反应中心复合体吸收的能量和被核心捕获的能量分别比损伤前下降12.8%和9.8% (p < 0.01)。单位面积反应中心的数量、电子传递量子产额、捕获激子能导致电子传递效率和叶片性能指数分别比损伤前增加23.3%、24.4%、22.6%和82.7% (p < 0.01)。损伤24 h后, 醛类化合物的种类、释放量、脂氧合酶活性及叶片叶绿素荧光动力学参数基本恢复到损伤前水平。说明机械损伤使PSII供体侧受损、脂氧合酶活性升高, 致使C₆-C₁₀醛类化合物大量释放, 樟树幼苗通过增加单位面积反应中心的数量来提高光合效率应对胁迫。

C₆-C₁₀醛类化合物 C₆-C₁₀ aldehydes	时间 Time (h)
C₆-C₁₀醛类化合物 C₆-C₁₀ aldehydes	对照 Control	1	2	4	8	24	48
糠醛 Furfural	1.58 ± 0.54	2.61 ± 0.59^*	1.18 ± 0.42	0.83 ± 0.25	1.30 ± 0.35	1.08 ± 0.36	1.32 ± 0.34
己醛 Hexanal	9.53 ± 1.02	32.53 ± 4.92^**	33.05 ± 1.62^**	29.03 ± 3.19^**	18.39 ± 0.86^**	14.44 ± 3.01^*	7.06 ± 1.55
庚醛 Heptanal	6.23 ± 0. 97	8.82 ± 1.21^*	11.22 ± 0.84^**	12.53 ± 2.80^**	9.45 ± 0.87^*	7.67 ± 0.95	6.56 ± 0.84
辛醛 Octanal	10.11 ± 2.65	13.34 ± 3.67^*	23.66 ± 2.31^**	17.37 ± 3.33^*	16.43 ± 3.01^*	14.32 ± 2.95^*	11.03 ± 2.55
壬醛 Nonanal	14.26 ± 3.43	22.02 ± 4.07^**	27.24 ± 3.34^**	22.91 ± 3.90^*	19.97 ± 2.85^*	18.97 ± 3.56	15.59 ± 2.77
癸醛 Decanal	1.72 ± 0.67	44.67 ± 9.35^**	50.53 ± 4.94^**	48.84 ± 3.31^**	45.57 ± 4.06^**	36.43 ± 2.18^**	4.76 ± 1.23^*
(E)-2-己烯醛 (E)-2-hexenal	-	20.75 ± 2.72	22.05 ± 1.25	5.37 ± 1.63	1.85 ± 0.04	1.61 ± 0.41	1.22 ± 0.23
(E,E)-2,4-己二烯醛 (E,E)-2,4-hexadienal	-	12.54 ± 3.46	16.43 ± 2.89	3.81 ± 1.06	1.32 ± 0.36	0.43 ± 0.16	-
(E)-2-壬烯醛 (E)-2-nonenal	-	-	0.43 ± 0.05	0.51 ± 0.10	0.64 ± 0.14	0.69 ± 0.13	0.30 ± 0.10
(E)-2-辛烯醛 (E)-2-octenal	-	-	-	-	0.68 ± 0.08	0.55 ± 0.06	0.30 ± 0. 10

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表1 机械损伤后樟树幼苗叶片C₆-C₁₀醛类化合物释放量的变化(平均值±标准误差)

正文中引用本图/表的段落

樟树幼苗机械损伤后, 叶片在不同时间释放的C₆-C₁₀醛类化合物种类存在差异。损伤1 h后, 增加2种C₆-C₁₀醛类化合物, 分别为(E)-2-己烯醛和(E,E)-2,4-己二烯醛; 损伤2 h后, 增加(E)-2-壬烯醛; 损伤8 h后, 增加(E)-2-辛烯醛; 损伤48 h后, 减少1种醛类化合物, 为(E,E)-2,4-己二烯醛, 较损伤前增加3种C₆-C₁₀醛类化合物, 分别为(E)-2-己烯醛、(E)-2-辛烯醛和(E)-2-壬烯醛(图1; 表1)。

幼苗机械损伤后, 叶片C₆-C₁₀醛类化合物的释放速率随时间推移呈现先升后降的变化趋势(表1)。糠醛、己醛、2-己烯醛、2,4-己二烯醛、辛醛、壬醛和癸醛的释放量在1-2 h达到最高值, 己醛、辛醛、壬醛和癸醛分别比损伤前增加2.47倍、1.34倍、0.91倍和28.38倍(p < 0.01)。庚醛在损伤后4 h释放量达到最大值, 比损伤前增加0.99倍。(E)-2-辛烯醛在8 h时释放量达到最大值, (E)-2-壬烯醛在24 h时释放量达到最大值。损伤48 h后, 糠醛、己醛、庚醛、辛醛、壬醛和癸醛的释放量均恢复到损伤前水平, 2-己烯醛、2,4-己二烯醛、(E)-2-辛烯醛和(E)-2-辛烯醛是损伤诱导产生的, 48 h后释放量均显著降低。

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