全 文 ：亚适温弱光对黄瓜幼苗光合酶活性
和基因表达的影响*
毕焕改1,2 摇 王美玲1,2 摇 姜振升1,2 摇 董绪兵1,2 摇 艾希珍1,2**
( 1山东农业大学园艺科学与工程学院 /园艺作物生物学农业部重点开放实验室, 山东泰安 271018; 2作物生物学国家重点实
验室, 山东泰安 271018)
摘摇 要摇 以‘津优 3 号爷为试材,研究亚适温弱光(18 益 / 12 益,100 滋mol·m-2·s-1)下黄瓜
幼苗叶片核酮糖鄄1,5鄄二磷酸羧化 /加氧酶(Rubisco)、果糖鄄1,6鄄二磷酸酶(FBPase)、甘油醛鄄3鄄
磷酸脱氢酶(GAPDH)、果糖鄄1,6鄄二磷酸醛缩酶(FBA)、转酮醇酶(TK) mRNA 表达量及活性
的变化.结果表明: 亚适温弱光处理的单株叶面积和干物质量均明显减小.处理初期,Rubisco
大亚基(rbcL)、小亚基(rbcS)、FBPase、GAPDH、FBA 及 TK 的基因表达量大幅度下降,多数酶
活性明显减弱(TK变化不明显),光合速率(Pn)快速降低;处理 3 d 后,亚适温弱光处理的
rbcL、rbcS基因表达量和 Rubisco初始活性持续下降,但下降幅度明显减小,Rubisco 总活性及
FBPase、GAPDH、FBA和 TK 基因表达与活性均呈上升趋势,Pn同步回升;处理时间超过 6 d
时,Rubisco和 FBPase 基因表达与活性趋于平稳,其他酶和 Pn呈下降趋势.可见,亚适温弱光
下黄瓜光合酶基因表达量和活性的降低是 Pn降低的重要原因,光合机构对亚适温弱光的适应
与光合酶的活化机制有关.
关键词摇 黄瓜摇 酶活性摇 基因表达摇 弱光摇 亚适温
*国家自然科学基金项目(30972032)和国家基础研究发展计划重点项目(2009CB119000)资助.
**通讯作者. E鄄mail: axz@ sdau. edu. cn
2011鄄02鄄28 收稿,2011鄄08鄄13 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)11-2894-07摇 中图分类号摇 S642. 2摇 文献标识码摇 A
Impacts of suboptimal temperature and low light intensity on the activities and gene expres鄄
sion of photosynthetic enzymes in cucumber seedling leaves. BI Huan鄄gai1,2, WANG Mei鄄
ling1,2, JIANG Zhen鄄sheng1,2, DONG Xu鄄bing1,2, AI Xi鄄zhen1,2 ( 1Ministry of Agriculture Key La鄄
boratory of Horticultural Crop Biology, College of Horticulture Science and Engineering, Shandong
Agricultural University, Tai爷an 271018, Shandong, China; 2State Key Laboratory of Crop Biology,
Tai爷an 271018, Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(11): 2894-2900.
Abstract: Taking the cucumber cultivar ‘Jinyou 3爷 as test material, this paper studied the varia鄄
tions of the mRNA expression and activities of ribulose鄄1,5鄄bisphosphate carboxylase / oxygenase
(Rubisco), fructose鄄1,6鄄bisphosphatase ( FBPase), glyceraldehydes鄄3鄄phosphate dehydrogenase
(GAPDH), fructose鄄1,6鄄bisphosphate aldolase ( FBA), and transketolase ( TK) in cucumber
seedling leaves under suboptimal temperature and low light intensity (ST+LL). In the treatment of
ST+LL, the leaf area and the dry mass per plant decreased remarkably, compared with the control.
On the early days of ST+LL treatment, the gene expression of Rubisco rbcL and rbcS, FBPase,
GAPDH, FBA, and TK declined markedly, the activities of the enzymes except TK obviously weak鄄
ened, and the photosynthetic rate (Pn) decreased rapidly. 3 days later, the gene expression of
Rubisco rbcL and rbcS and the initial activity of Rubisco showed a continuous decrease but the dec鄄
rement was obviously lesser, the total activity of Rubisco and the activities and gene expression of
FBPase, GAPDH, FBA, and TK had an increasing trend, and the Pn ascended simultaneously.
When the treating time exceeded 6 days, the gene expression and the activities of Rubisco and FB鄄
Pase tended to be constant, while those of the other enzymes as well as the Pn presented a decrea鄄
sing trend. These results suggested that the decline of the gene expression and activities of the pho鄄
tosynthetic enzymes in cucumber seedlings under suboptimal temperature and low light intensity was
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 11 月摇 第 22 卷摇 第 11 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Nov. 2011,22(11): 2894-2900
the important reason which led to the decrease of Pn . The adaptation of photosynthetic apparatus in
cucumber seedlings to suboptimal temperature and low light intensity was related to the activation
mechanisms of photosynthetic enzymes.
Key words: cucumber; enzyme activity; gene expression; low light intensity; suboptimal tempera鄄
ture.
摇 摇 黄瓜(Cucumis sativus L郾 )属于冷敏感和喜光植
物,在北方冬春季日光温室生产中经常遇到亚适温
(白天低于 20 益,夜间低于 12 益) [1-2]弱光胁迫,它
往往引起光合电子传递受阻,碳同化酶活性降低,光
合能力下降[3-5],是影响日光温室黄瓜光合作用和
产量的重要因素. 核酮糖鄄1,5鄄二磷酸羧化酶 /加氧
酶(Rubisco)是光合碳同化的双功能酶,它催化核酮
糖鄄1,5鄄二磷酸(RuBP)的羧化和加氧反应,并调节
二者之间的关系. 果糖鄄1,6鄄二磷酸酶( FBPase,EC
3郾 1郾 3郾 11)催化果糖鄄1,6鄄二磷酸的水解,产生果糖鄄
6鄄磷酸和无机磷,在卡尔文(Calvin)循环和葡萄糖
异生途径中起着关键的调节作用[6],其活性强弱直
接影响碳水化合物的累积和光合环的效率[7] . 甘油
醛鄄3鄄磷酸脱氢酶(GAPDH)在 Calvin 循环中催化 3鄄
磷酸甘油酸(3鄄PGA)还原成 3鄄磷酸甘油醛,3鄄磷酸
甘油醛既是叶绿体光合产物输出的一种形式,又是
形成核酮糖鄄5鄄磷酸的底物,因此,GAPDH 活性高低
直接影响光合环的运转效率及光合产物的积累[8] .
果糖鄄1,6鄄二磷酸醛缩酶( Fructose鄄1,6鄄bisphosphate
aldolase, FBA)是 Calvin 循环中固定 CO2后的第一
个催化由 3C化合物转化为 6C化合物的酶, 处于第
一个分支点上,同时也是控制光合作用速率的重要
酶之一[9-10] .转酮醇酶(TK)结合在植物叶绿体的内
囊体膜上[11],参与光合作用中碳的固定,TK 活性的
微小下降即可导致植物光合速率的显著降低,芳香
族氨基酸和苯丙氨酸代谢明显受抑[12-13],说明 TK
在 Calvin循环中也具有十分重要的作用.目前,尽管
人们在作物光合生理方面的研究较多,但对光合酶
调控机理的研究还比较薄弱,有关温光环境对日光
温室黄瓜光合酶的影响研究更不多见.为此,本试验
通过人工模拟亚适温弱光环境,研究黄瓜光合酶活
性与基因表达量的变化,旨在探明亚适温弱光对日
光温室黄瓜光合作用的影响机理.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料与试验设计
试验于 2009 年在山东农业大学园艺试验站进
行.供试黄瓜品种为‘津优 3 号爷. 9 月 8 日播种,在
日光温室内用 8 cm伊8 cm 营养钵育苗(基质为土
壤).育苗环境为:光量子通量密度(PFD)日均值约
580 滋mol·m-2 ·s-1,昼 /夜温度均值约 26郾 5 益 /
17 益 . 10 月 9 日选取生长一致的幼苗(三叶一心)
置于人工气候室内预处理 9 d,预处理条件为:昼 /夜
温度 25 益 / 18 益,PFD 600 滋mol·m-2·s-1,光周期
11 h / 13 h.然后将幼苗分成 2 组进行处理,分别为:
亚适温弱光 ( T):昼 /夜温度 18 益 / 12 益, PFD
100 滋mol·m-2·s-1;对照(CK):昼 /夜温度 25 益 /
18 益,PFD 600 滋mol·m-2·s-1 .分别于处理 1、3、6、
9 d时测定各指标,每处理重复 4 次,取平均值.
1郾 2摇 测定项目与方法
1郾 2郾 1 生长量测定 摇 处理前、后分别用直尺测定处
理和对照幼苗的叶长,按照龚建华和向军[14]的方法
计算叶面积;用称重法测定干物质量.
1郾 2郾 2 光合速率测定摇 用美国 PP鄄Systems 公司生产
的 Ciras鄄2 型光合仪测定黄瓜幼苗最佳功能叶片(上
数第 2 ~ 3 片叶)的光合速率(Pn),测定条件:PFD
600 滋mol·m-2·s-1, CO2浓度 380 滋L·L-1,叶温
(25依1) 益 . PFD、CO2浓度和叶温分别由仪器的可调
光源、内置式 CO2供气系统和温度监控装置控制.
1郾 2郾 3 酶活性测定摇 参照姜振升等[15]的14C 法测定
Rubisco初始活性与总活性. FBPase、GAPDH、FBA、
TK活性参照 Rao和 Terry[16]的方法,作如下修改:
1) 酶液制备 郾 剪下已测定光合速率的黄瓜叶
片,迅速置于液氮中,研磨成粉状,称取 0郾 1 g 于 5
mL离心管中,加入 2 mL 预冷的提取液,混匀,提取
液组成:100 mmol· L-1 4鄄羟乙基哌嗪乙磺酸钠
(Hepes鄄Na)缓冲液(pH 8郾 0)、10 mmol·L-1氯化镁
(MgCl2)、0郾 4 mmol·L-1乙二胺四乙酸钠(EDTA鄄
Na2)、1%聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、100 mmol·L-1
抗坏血酸钠 ( Na鄄ascorbate)、0郾 1% 牛血清白蛋白
(BSA)、50 mmol·L-1二硫苏糖醇(DTT). 匀浆经
12000伊g冷冻(4 益)离心 5 min,上清液用于酶活性
测定.
2) 酶活性测定 郾 FBPase(EC 3郾 1郾 3郾 11)活性:
40 滋L酶提取液加入 752 滋L预保温 30 益的反应液
中,反应液组成为:30 mmol·L-1 4鄄羟乙基哌嗪乙磺
598211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 毕焕改等: 亚适温弱光对黄瓜幼苗光合酶活性和基因表达的影响摇 摇 摇 摇 摇
酸钾(Hepes鄄KOH)缓冲液( pH 8郾 2)、5 mmol·L-1
MgCl2、5 mmol·L-1 DTT、0郾 5 mmol·L-1烟酰胺腺嘌
呤二核苷酸磷酸(NADP)、2 U·mL-1葡萄糖鄄6鄄磷酸
脱氢酶(G6PD)(EC 1郾 1郾 1郾 49)和 2 U·mL-1磷酸葡
萄糖异构酶( PGI) (EC 5郾 3郾 1郾 9);加入 8 滋L 300
mmol·L-1果糖鄄6鄄磷酸(FBP)启动反应.用 UV鄄2450
紫外分光光度计测定 340 nm 下 1 min 内吸光度值
的变化,以此来计算 FBPase的活性.
GAPDH (EC 1郾 2郾 1郾 13)活性:40 滋L 酶提取液
加入 744 滋L预保温 30 益的反应液中,反应液组成
为:30 mmol·L-1 Hepes鄄KOH 缓冲液 ( pH 8郾 0 )、
4 mmol·L-1 3鄄磷酸甘油酸(PGA)、5 mmol·L-1三
磷酸腺苷(ATP)、10 mmol·L-1 MgCl2、1 mmol·L-1
氟化钠(NaF)、1 mmol·L-1磷酸二氢钾(KH2PO4)、
5 mmol·L-1DTT、20 U·mL-1 3鄄磷酸甘油酸激酶
(PGA kinase)和 10 U·mL-1磷酸丙糖异构酶(TIM)
(EC 5郾 3郾 1郾 1);加入 16 滋L 30 mmol·L-1还原型辅
酶域(NADPH)启动反应.按照测定FBPase活性的方
法来计算 GAPDH活性.
FBA (EC 4郾 1郾 2郾 7)活性:50 滋L 酶提取液加入
935 滋L 反应液中,反应液组成为:30 mmol·L-1
Hepes鄄KOH缓冲液(pH 7郾 6)、0郾 25 mmol·L-1还原
型辅酶玉(NADH)、2 U·mL-1甘油鄄3鄄磷酸脱氢酶
(GDH)(EC 1郾 1郾 1郾 8)和 2 U·mL-1 TIM;加入 16郾 5
滋L 300 mmol·L-1的 FBP 启动反应. 按照测定 FB鄄
Pase活性的方法来计算 FBA活性.
TK (EC 2郾 2郾 1郾 1)活性:25 滋L 酶提取液加入
900 滋L 反应液中,反应液组成为:30 mmol·L-1
Hepes鄄KOH 缓冲液 ( pH 7郾 9 )、 0郾 25 mmol · L-1
NADH、3 mmol·L-1 MgCl2、0郾 25 mmol·L-1木酮糖鄄
5鄄磷酸( xylulose鄄5鄄P)、0郾 25 mmol·L-1核糖鄄5鄄磷酸
(ribose鄄5鄄P)、 0郾 12 滋mol · L-1 辅羧酶 ( cocarboxy鄄
lase)、2 U·mL-1 TIM 和 2 U·mL-1 GDH;加入 25
滋L酶提取液启动反应. 按照测定 FBPase 活性的方
法来计算 TK活性.
1郾 2郾 4 光合酶基因表达摇 从‘津优 3 号爷黄瓜幼叶中
分别克隆编码 Rubisco 大亚基、小亚基、 FBPase、
GAPDH、FBA、TK基因的 cDNA片段,根据已获得的
基因 片 段 及 内 参 actin ( GenBank 登 录 号:
DQ115883),分别设计引物 RL1、RL2(来自 rbcL 序
列, EF208123 ), RS1、 RS2 ( 来 自 rbcS 序 列,
EF208124),FBP1、FBP2 (来自 FBPase 基因片段序
列),G1、G2(来自 GAPDH 基因片段序列),FBA1、
FBA2(来自 FBA 基因片段序列),TK1、TK2 (来自
TK基因片段序列),aF、aR(来自 actin),由宝生物工
程(大连)有限公司合成.用 TaKaRa 公司的 SYBR襆
PrimeScriptTMRT鄄PCR Kit II 试剂盒,BIO鄄RAD 公司
的 iCycler iQ5 实时荧光定量 PCR 仪检测各种光合
酶基因的 mRNA 表达,检测方法参照试剂盒说明
书. RL1: 5爷鄄GCTATGGAATCGAGCCTGTTG鄄3爷, RL2:
5 爷鄄CCAAATACATTACCCACAATGGAAG鄄3 爷, RS1:
5爷鄄CGCATTCATCAGGGTTATTGG鄄3爷, RS2: 5爷鄄AA鄄
GAGTAGAACTTGGGGCTTGTAGG鄄3爷, FBP1: 5爷鄄GG鄄
TATTCTGTGGTGTTCGATCC鄄3爷, FBP2: 5爷鄄GACGTC鄄
TTCTAGGTTAGGTTC鄄3爷, G1: 5 爷鄄CCTACCGTTGAT鄄
GTCTCTGTTGTT鄄3爷, G2: 5爷鄄TTCCCTCGGACTCTTC鄄
CTTG鄄3爷, FBA1: 5爷鄄GCAGAGTGAGGAGGAAGCAA鄄
C3爷, FBA2: 5爷 CCAAACGAGAAAGATAACG鄄ACCA鄄
3爷, TK1: 5爷鄄ACGATGAGGTCAT鄄GAAG鄄3爷, TK2: 5爷鄄
CCAGCAAGATGAAGCAG鄄3爷, aF: 5爷鄄CCACGAAACT鄄
ACTTACAACTCCATC鄄3爷, aR: 5爷鄄GGGCTGTGATTTCC鄄
TTGCTC鄄3爷.
1郾 3摇 数据处理
采用 DPS 软件对数据进行处理,采用 Duncan
法进行差异显著性检验(P<0郾 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 亚适温弱光对黄瓜幼苗叶面积与干物质量的
影响
由表 1 可知,处理 9 d 后,CK 黄瓜幼苗的单株
叶面积日增量为 23郾 54 cm2,亚适温弱光处理为
10郾 51 cm2,比 CK 降低了 55% . 亚适温弱光不仅影
响黄瓜幼苗叶面积的扩展,还导致其茎蔓细弱,干物
质积累量明显减少.
2郾 2摇 亚适温弱光对黄瓜幼苗光合速率的影响
在相同温光条件下(25 益, 600 滋mol·m-2·
s-1)测定(图 1),亚适温弱光处理初期,黄瓜幼苗叶
片 Pn大幅度下降,但1 d后呈逐渐升高趋势,6 d后
表 1摇 亚适温弱光对黄瓜幼苗叶面积与干物质量的影响
Table 1 摇 Effects of suboptimal temperature and low light
intensity on leaf area and dry matter in cucumber seedlings
(mean依SD)
处理
Treatment
日增叶面积
Increase of leaf
area per plant
(cm2·d-1)
日增干物质量
Increase of dry
matter per plant
(g·d-1)
CK 23郾 54依0郾 38a 0郾 57依0郾 02a
T 10郾 51依0郾 15b 0郾 03依0郾 01b
CK:对照 Control; T:亚适温弱光 Suboptimal temperature and low light
intensity. 不同字母表示差异显著( P < 0郾 05) Different small letters
meant significant difference at 0郾 05 level.
6982 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 1摇 亚适温弱光对黄瓜幼苗光合速率的影响
Fig. 1摇 Effect of suboptimal temperature and low light intensity
on photosynthetic rate (Pn) of cucumber seedlings.
CK:对照 Control; T:亚适温弱光 Suboptimal temperature and low light
intensity. 下同 The same below.
又趋于下降.处理结束时(9 d),亚适温弱光处理黄
瓜幼苗叶片的 Pn比 CK降低了 48% .这一方面说明
黄瓜光合作用对温光环境极为敏感,另一方面说明
黄瓜光合机构有主动适应低温弱光逆境的机制.
2郾 3摇 亚适温弱光对黄瓜幼苗光合酶基因表达与活
性的影响
2郾 3郾 1 Rubisco基因表达与活性摇 由图 2 可知,亚适
温弱光处理的 rbcL mRNA 相对表达量大幅度下降,
处理 1 d即比 CK降低了 63% ,之后持续降低,但降
低幅度明显减小.处理时间延长至 6 d 时,亚适温弱
光处理降至最低,只有 CK的 15% ;处理时间继续延
长,rbcL表达量有缓慢上升的趋势. 处理结束时(9
d),亚适温弱光处理的 rbcL 相对表达量比处理前降
低了 81% .亚适温弱光处理的 rbcS 表达量降低速度
小于 rbcL,1 ~ 6 d内随着处理时间的延长而降低,之
后缓慢升高.处理 9 d 时,rbcS 表达量比 CK 降低了
45% .
亚适温弱光处理初期,黄瓜幼苗叶片的 Rubisco
初始活性显著降低,3 d 后略有回升并趋于平稳.亚
适温弱光处理的 Rubisco 总活性变化趋势与初始活
性略有不同,开始时也明显降低,但 1 d 后明显回
升,3 d后缓慢下降.处理时间超过 6 d后,亚适温弱
光处理的 Rubisco总活性变化不明显,处理 9 d时比
CK降低 58% .
2郾 3郾 2 FBPase 基因表达与活性 摇 亚适温弱光处理
1 d时,黄瓜幼苗叶片的 FBPase 基因表达量只有 CK
的 8% (图 3),表明 FBPase 基因对亚适温弱光反应
极为敏感.处理时间延长至 3 d时,FBPase的基因表
达量快速回升至 CK的 60% ,之后持续增加,但增加
幅度明显减小,处理结束时(9 d),亚适温弱光处理
的 FBPase 基因表达量为 CK 的 77% . 处理期间
FBPase活性与其基因表达变化趋势相似,1 d时大幅
度降低,之后逐步回升,处理 9 d 时,亚适温弱光处
理的 FBPase活性比 CK降低了 23% .
2郾 3郾 3 GAPDH基因表达与活性 摇 亚适温弱光下黄
瓜幼苗叶片的GAPDH基因表达量显著降低,处理
图 2摇 亚适温弱光下黄瓜幼苗 Rubisco的基因表达与活性动态
Fig. 2摇 Dynamics of gene expression and activity of Rubisco in cucumber seedlings under suboptimal temperature and low light intensity.
798211 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 毕焕改等: 亚适温弱光对黄瓜幼苗光合酶活性和基因表达的影响摇 摇 摇 摇 摇
1 d时较 CK降低了 76% ,此后逐渐上升,6 d 后又快
速下降. GAPDH活性的变化规律与基因表达量基本
相似,但其前期降低幅度较小,后期降低幅度较大,
处理结束时,亚适温弱光处理的 GAPDH 活性比 CK
降低了 77% (图 3).
2郾 3郾 4 FBA基因表达与活性 摇 由图 4 可知,亚适温
弱光处理 1 d时,FBA基因表达量显著降低,之后逐
渐回升,6 d后又缓慢降低.处理结束时,亚适温弱
图 3摇 亚适温弱光下黄瓜幼苗 FBPase和 GAPDH的基因表达与活性动态
Fig. 3摇 Dynamics of gene expression and activities of FBPase and GAPDH in cucumber seedlings under suboptimal temperature and
low light intensity.
图 4摇 亚适温弱光下黄瓜幼苗 FBA和 TK的基因表达与活性动态
Fig. 4摇 Dynamics of gene expression and activities of FBA and TK in cucumber seedlings under suboptimal temperature and low light
intensity.
8982 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
光处理的 FBA基因表达量比 CK降低了 53% .亚适
温弱光下 FBA 活性的变化趋势与其基因表达量有
所不同,开始时降低幅度较小,3 d 后略有回升,6 d
后又快速下降,处理 9 d时,亚适温弱光处理的 FBA
活性比 CK降低了 50% .
2郾 3郾 5 TK基因表达与活性摇 亚适温弱光处理初期,
TK的基因表达量大幅度降低,但 1 d 后快速回升,
3 d时高于 CK;此后随着处理时间的延长,基因表达
量持续增加,6 d时达到 CK的 2 倍;之后逐渐降低,
但处理结束时仍显著高于 CK. 亚适温弱光处理期
间,TK活性在 6 d 内变化不明显,但 6 d 后快速下
降,处理结束时,亚适温弱光处理的 TK 活性比 CK
降低了 44% .
3摇 讨摇 摇 论
在卡尔文循环中,受光调节的酶有 Rubisco、
FBPase、GAPDH、核酮糖鄄5鄄磷酸激酶(Ru5PK)、景天
庚酮糖鄄1,7鄄二磷酸酶(SBPase) 5 种[17],这些酶的
活性受光的调节大致可以分为两种情况:一种是通
过改变微环境调节,即光驱动电子传递促使 H+向类
囊体腔转移,Mg2+则从类囊体腔转移至基质中,因
此,叶绿体基质中的 pH和 Mg2+浓度升高,促使上述
几种光合酶活化;另一种是产生效应物进行调
节[18-19],即光驱动的电子传递促使基质中铁鄄硫氧
还蛋白还原,FBPase、GAPDH、Ru5PK、SBPase 中的
相邻半胱氨酸上的二硫键被还原成巯基时,酶被活
化,暗中则巯基氧化形成二硫键,酶失活. FBA和 TK
不受铁鄄硫氧还蛋白调控,但二者在很大程度上控制
光合碳的固定[12,20-21],FBA 水平下降时,转基因马
铃薯中 RuBP 含量显著降低,光合和生长量明显受
到抑制[22] . TK活性降低 20% ~ 40%时,对 RuBP 再
生和光合作用产生明显的抑制作用,且可导致植物
光合速率显著降低[12] .
前人研究发现,亚适温条件对黄瓜 PS域的光化
学活性影响较小,而对叶绿素含量和光合作用的碳
同化活性影响较大[23] . Blum[24]认为,非胁迫低温条
件下,叶绿体结构和功能一般不会受到伤害,但由于
光合产物运转不及时引起光合反馈抑制,致使酶活
性降低,Pn下降.在本试验中,亚适温弱光处理初期,
黄瓜幼苗叶片的 Pn显著降低, Rubisco、 FBPase、
GAPDH、FBA和 TK 的 mRNA 表达量均明显下降,
多数酶活性也显著降低(TK 变化不明显),说明短
期亚适温弱光对黄瓜叶片光合作用的影响较大,光
合酶基因表达量降低和活性减弱是 Pn降低的主要
原因之一.当处理时间延长至 1 ~ 3 d 时,Rubisco 总
活性及 FBPase、GAPDH、FBA 和 TK 的 mRNA 表达
量与活性均呈上升趋势,Pn明显提高. 这是因为:一
方面,随着处理时间的延长,黄瓜幼苗叶片的光能吸
收量减少,导致原初反应和光合电子传递明显受阻,
光合产物积累量逐渐减少,反馈抑制程度随之减轻;
另一方面,亚适温弱光既是胁迫因子,又是诱导因
子,亚适温弱光下黄瓜叶片可通过自身调节,提高光
能利用效率,以减小光合速率的降低程度[3,15] . CO2
的同化虽然不直接需要光,但由于其需要的同化力
(ATP和 NADPH)来自光反应,而且其间的酶都是
光活化的,因此,当处理时间超过 6 d 时,长期弱光
可能造成同化力缺乏,催化固定 CO2 的酶不活
跃[16],从而使其基因表达量和酶活性降低,最终导
致 Pn再次下降. 可见,黄瓜光合机构对亚适温弱光
的适应机制与光合酶的活化机制有关.
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作者简介摇 毕焕改,女,1986 年生,博士研究生.主要从事蔬
菜栽培生理生态与分子生物学研究. E鄄mail: bhg163@ 163.
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责任编辑摇 张凤丽
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