1、光保護(hù)機(jī)制是植物針對強(qiáng)光對光合作用的光抑制甚至光破壞所進(jìn)化出的一系列適應(yīng)機(jī)制，主要包括依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散機(jī)制和光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)關(guān)鍵組份D1蛋白周轉(zhuǎn)機(jī)制等。葉黃素循環(huán)中關(guān)鍵酶紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化物酶(violaxanthin de-epoxidase，VDE)定位于類囊體腔內(nèi)，其活性依賴二硫鍵的形成。最近研究表明擬南芥類囊體膜上的維生素K環(huán)氧化物還原酶(Vitamin K epoxide reductase，VKOR)參與二硫鍵的形成，且

2、氧化還原活性對PSⅡ的組裝是必需的。VKOR是否參與調(diào)節(jié)葉黃素循環(huán)及D1蛋白周轉(zhuǎn)，這對于深入闡明植物光保護(hù)機(jī)制具有重要的理論意義。本實(shí)驗(yàn)以野生型(WT)、VKOR缺失突變體（vkor-2）和轉(zhuǎn)基因補(bǔ)償型(vkor-2C)擬南芥為實(shí)驗(yàn)材料，通過使用二硫蘇糖醇（1，4-dithiothreitol，DTT）調(diào)控VDE的活性從而影響葉黃素循環(huán)，硫酸鏈霉素(Streptomycin sulphite，SM)抑制葉綠體編碼蛋白質(zhì)合成從而調(diào)控D1蛋

3、白周轉(zhuǎn)，研究不同光強(qiáng)條件下VKOR基因的表達(dá)與葉黃素循環(huán)及D1蛋白周轉(zhuǎn)兩個(gè)光保護(hù)途徑的關(guān)系，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)VKOR缺失影響PSⅡ反應(yīng)中心的活性，加重光抑制。最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和實(shí)際光化學(xué)效率(ΦPSⅡ)能夠反映PSⅡ反應(yīng)中心的活性，在正常生長光(120μmol·m-2·s-1)條件下，野生型(WT)葉片的Fv/Fm為0.81±0.04左右，然而VKOR缺失突變體（vkor-2）葉片的Fv/Fm為0.53±

4、0.03左右;強(qiáng)光(1000μmol·m-2·s-1)導(dǎo)致最大光化學(xué)效率下降，vkor-2突變體葉片的Fv/Fm下降幅度比野生型大。ΦPSⅡ與Fv/Fm的趨勢是一致的。轉(zhuǎn)基因補(bǔ)償型(vkor-2C)與WT的變化趨勢相似，以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明VKOR的缺失導(dǎo)致PSⅡ反應(yīng)中心活性受到嚴(yán)重的傷害，光抑制增強(qiáng)。
　　(2) VKOR缺失影響依賴于葉黃素循環(huán)的熱耗散。在強(qiáng)光脅迫條件下，高等植物能夠以一種有效的非光化學(xué)猝滅(nonphochemi

5、cal fluorescence quenching，NPQ)的方式將過剩光能以熱能的形式耗散掉，從而保護(hù)光合機(jī)構(gòu)免遭光破壞。NPQ是一種重要的激發(fā)能耗散機(jī)制，它需要葉黃素循環(huán)的參與。強(qiáng)光(1000μmol·m-2·s-1)照射后，vkor-2突變體葉片的NPQ比WT葉片的低。DTT處理抑制葉黃素循環(huán)后，導(dǎo)致NPQ大幅度下降，且WT葉片的NPQ下降幅度比vkor-2突變體大，vkor-2C植株的變化與WT相似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，VKOR缺失

6、抑制葉黃素循環(huán)，從而影響依賴于葉黃素循環(huán)的熱耗散。
　　(3) VKOR調(diào)控VDE的氧化還原狀態(tài)從而影響葉黃素循環(huán)介導(dǎo)的熱耗散。葉黃素循環(huán)中脫環(huán)氧化組份玉米黃質(zhì)(Zeaxanthin，Zea)直接參與熱耗散，而Zea是紫黃質(zhì)(Violaxanthin，Vio)通過VDE的催化作用脫環(huán)氧化經(jīng)花藥黃質(zhì)(Antheraxanthin，Ant)生成的。為了進(jìn)一步確定VKOR是否調(diào)控VDE的活性，檢測了葉黃素循環(huán)中Vio、Ant和Zea各組

7、份的變化，計(jì)算出葉黃素循環(huán)中色素的脫環(huán)氧化程度(de-epoxidation index,DEI)，用于反映葉黃素循環(huán)狀態(tài)及VDE酶的活性。在1000μmol·m-2·s-1強(qiáng)光脅迫下，未經(jīng)DTT處理，vkor-2突變體葉片的DEI比WT及vkor-2C葉片的低;DTT處理后，vkor-2突變體葉片的DEI下降幅度比WT及vkor-2C小。結(jié)果表明VKOR缺失影響了葉黃素循環(huán)中VDE的活性，導(dǎo)致葉黃素循環(huán)介導(dǎo)的熱耗散能力降低。
　

8、　(4)強(qiáng)光條件下VKOR缺失加快了D1蛋白的降解，從而影響D1蛋白周轉(zhuǎn)途徑。通過D1蛋白周轉(zhuǎn)可部分恢復(fù)強(qiáng)光脅迫引起的PSⅡ反應(yīng)中心的失活，從而保護(hù)光合機(jī)構(gòu)。SM處理可抑制D1蛋白合成，在正常生長光或強(qiáng)光下，SM處理使vkor-2突變體葉片的Fv/Fm下降幅度比WT和vkor-2C大，暗示著vkor-2突變體葉片的D1蛋白降解比WT的多，導(dǎo)致失活的PSⅡ反應(yīng)中心不能及時(shí)得到修復(fù)。Western-Blotting進(jìn)一步分析表明，在正常生長