全 文 ：低温弱光对黄瓜幼苗 Rubisco与
Rubisco活化酶的影响*
姜振升1 摇 孙晓琦1 摇 艾希珍1**摇 王美玲1 摇 毕焕改1 摇 王洪涛2
( 1 山东农业大学园艺科学与工程学院作物生物学国家重点实验室 /园艺作物生物学农业部重点开放实验室, 山东泰安
271018; 2 山东省枣庄市农业示范园, 山东枣庄 277300)
摘摇 要摇 以‘津优 3 号爷黄瓜幼苗为试材,研究弱光(100 滋mol·m-2·s-1)下适温(WL:25 益 /
18 益)、亚适温(ST+WL:18 益 / 12 益)和低温(LT+WL:10 益 / 5 益)对黄瓜幼苗光合速率
(Pn)、核酮糖鄄1,5鄄二磷酸羧化 /加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)活性及其基因表达量
的影响.结果表明:与对照(25 益 / 18 益,400 滋mol·m-2·s-1)相比,WL、ST+WL和 LT+WL处
理的单株叶面积和干物质量均明显减小.处理初期,Pn、Rubisco 活性及其大亚基基因(rbcL)、
小亚基基因(rbcS)表达、RCA活性与基因(CsRCA)表达量大幅度降低,5 ~ 7 d 后,WL 处理趋
于平稳,ST+WL处理缓慢回升,而 LT+WL处理持续下降,表明黄瓜光合机构对适温弱光和亚
适温弱光环境有逐步适应机制. Rubisco和 RCA活性及其基因表达对低温弱光的响应与 Pn 基
本一致,表明低温弱光下 RCA 和 Rubisco 活性及其基因表达量下降是黄瓜幼苗 Pn 降低的重
要原因.
关键词摇 核酮糖鄄1,5鄄二磷酸羧化 /加氧酶(Rubisco) 摇 Rubisco活化酶(RCA) 摇 基因表达摇 低
温弱光摇 亚适温弱光摇 黄瓜
*教育部博士点基金项目(20070434002)、国家自然科学基金项目(30972032)、国家重点基础研究发展计划项目 (2009CB119000)、国家“十一
五冶科技支撑计划项目(2006BAD07B04鄄9)和现代农业产业技术体系建设专项资金项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: axz@ sdau. edu. cn
2009鄄12鄄28 收稿,2010鄄06鄄20 接受.
文章编号摇 1001-9332(2010)08-2045-06摇 中图分类号摇 S642. 2摇 文献标识码摇 A
Responses of Rubisco and Rubisco activase in cucumber seedlings to low temperature and
weak light. JIANG Zhen鄄sheng1, SUN Xiao鄄qi1, AI Xi鄄zhen1, WANG Mei鄄ling1, BI Huan鄄gai1,
WANG Hong鄄tao2 ( 1State Key Laboratory of Crop Biology / Ministry of Agriculture Key Laboratory of
Horticultural Crop Biology, College of Horticulture Science and Engineering, Shandong Agricultural
University, Tai爷 an 271018, Shandong, China; 2Zaozhuang Agricultural Demonstration Garden,
Zaozhuang 277300, Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(8): 2045-2050.
Abstract: Using ‘Jinyou 3爷 cucumber seedlings as test materials, this paper studied their photo鄄
synthetic rate (Pn), Ribulose 1,5鄄bisphosphate carboxylase / oxygenase (Rubisco) and Rubisco ac鄄
tivase (RCA) activities, and gene expression of Rubisco and RCA under optimal temperature and
weak light (WL: 25 益 / 18 益, 100 滋mol·m-2·s-1 ), suboptimal temperature and weak light
(ST+WL: 18 益 / 12 益, 100 滋mol·m-2·s-1), and low temperature and weak light (LT+WL:
10 益 / 5 益, 100 滋mol·m-2·s-1). Comparing with the control (25 益 / 18 益, 400 滋mol·m-2·
s-1), treatments WL, ST+WL, and LT+WL all led to a remarkable decrease in leaf area and dry
matter mass. At initial stage, the Pn, Rubisco activity, rbcL and rbcS expression, RCA activity,
and CsRCA expression in the three treatments declined by a big margin; 5-7 days later, these pa鄄
rameters tended to be less changed in treatment WL, ascended slowly in treatment ST+WL, and de鄄
creased continuously in treatment LT+WL. These results suggested that the photosynthetic apparatus
of test cucumber seedlings could gradually adapt to weak light or suboptimal temperature and weak
light. The Rubisco and RCA activities and the gene expression of Rubisco and RCA showed the
similar responses to low temperature and weak light as the Pn, suggesting that the decline in Rubi鄄
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 8 月摇 第 21 卷摇 第 8 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
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2010,21(8): 2045-2050
sco and RCA activities and gene expression in cucumber seedlings under low temperature and weak
light could be the important reason leading to the decrease of Pn .
Key words: Ribulose鄄1,5鄄bisphosphate carboxylase / oxygenase ( Rubisco ); Rubisco activase
(RCA); gene expression; low temperature and weak light; suboptimal temperature and weak light;
cucumber.
摇 摇 在北方地区日光温室中,弱光、亚适温弱光或低
温弱光逆境经常出现,是限制北方日光温室黄瓜
(Cucumis sativus)生产的重要因素,它往往引起植株
电子传递受阻,碳同化酶活性降低,光合能力下
降[1-3] .核酮糖鄄1,5鄄二磷酸羧化 /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. Rubisco在植物叶片内的含量很高,约占可溶性
蛋白质的 50%以上,但其催化效率很低. 因为加氧
反应除了消耗能量,还损失了羧化反应中固定的
25%的有机碳;同时各种磷酸糖类能抑制 Rubisco
的活性,且活化态 Rubisco 易于脱氨甲酰化而失活,
这些因素使 Rubisco 成为限制作物光合速率的重要
因素[4] .因此,如何提高其光合活力成为许多科研
工作者关注的热点.多年来人们对 Rubisco 含量、活
性、结构、功能及调节等方面进行了大量研究,希望
通过基因工程手段对 Rubisco 进行改造,以提高植
物光合生产力[5-7],但至今未取得良好的效果[5] .后
来研究发现,影响植物光合速率的限制因子不是
Rubisco的总量,而是活化的 Rubisco 量[8] . 植株体
内 Rubisco 必须经过 Rubisco 活化酶(RCA)的活化
才能表现出其羧化 /加氧活性,即 Rubisco 在植物体
内的活性取决于 RCA 对它的活化. Martinez 等[9]发
现,玉米低产品系中 RCA 含量很低,若人为提高
RCA水平,则 Rubisco 和 Pn 都随之上升,产量增加.
翁晓燕等[10]根据水稻光合日变化过程中 Rubisco活
性的变化规律,提出光对光合速率影响的本质是通
过 RCA调节 Rubisco的初始活力.关于 RCA对温度
变化的响应,目前已经明确高温胁迫下 Rubisco 活
性降低是引起光合活力下降的首要因素,而 Rubisco
活性降低主要归因于 RCA 的热不稳定性[11-12] . 但
有关 RCA对低温弱光胁迫响应的研究,至今未见报
道.为此,本试验人工模拟适温弱光、亚适温弱光和
低温弱光条件,研究黄瓜 Rubisco、RCA 活性及其基
因表达对不同温光环境的响应,分析其与光合速率
的关系,为设施黄瓜温光管理和高产栽培提供理论
依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 供试材料与试验设计
试验于 2008 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.于 9 月 2 日播种,
在日光温室内用 8 cm伊8 cm 营养钵土壤育苗.育苗
环境为:光量子通量密度(PFD)日均值约 540 滋mol
·m-2·s-1,昼 /夜温度均值约 27郾 5 益 / 18 益 . 10 月
3 日选择生长一致的幼苗(三叶一心)置人工气候室
内预处理 7 d,预处理条件为:昼 /夜温度 25 益 / 18
益,PFD 400 滋mol·m-2·s-1,光周期 11 h / 13 h. 然
后将幼苗分成 4 组进行处理,处理条件分别为:适温
弱光 (WL):昼 /夜温度 25 益 / 18 益,PFD 100 滋mol
·m-2·s-1;亚适温弱光( ST +WL):昼 /夜温度 18
益 / 12 益,PFD 100 滋mol·m-2·s-1;低温弱光(LT+
WL):昼 /夜温度 10 益 / 5 益,PFD 100 滋mol·m-2·
s-1;对照 ( CK):昼 /夜温度 25 益 / 18 益,PFD 400
滋mol·m-2·s-1 . 处理前后分别测定黄瓜幼苗的叶
面积与干物质量;分别于处理 1、3、5、7 和 11 d 时测
定 Pn、Rubisco和 RCA活性及其基因表达.每处理重
复 5 次,取平均值.
1郾 2摇 测定项目与方法
1郾 2郾 1 生长量摇 用直尺测定叶长,按照龚建华等[13]
的方法计算叶面积;称量法测定干物质量.
1郾 2郾 2 光合速率 摇 用英国 PP鄄Systems 公司生产的
Ciras鄄2 型光合仪测定 PFD 400 滋mol·m-2·s-1,CO2
浓度 350 ~ 360 滋l·L-1,叶温(25依1) 益下黄瓜幼苗
最佳功能叶片(上数第 2 片展开叶)光合速率(Pn).
PFD、CO2 浓度分别由仪器的可调光源、内置式 CO2
供气系统调控,叶温由温度监控装置控制.
1郾 2郾 3 Rubisco 和 RCA 活性 摇 参照 Jiang 等[14]的方
法,作如下修改:
1)酶液制备:剪下已测定 Pn 的叶片,立即置于
液氮中.称取 0郾 1 g叶片置于研钵中,加 1郾 9 ml预冷
的提取液磨成匀浆.提取液组成:10 mmol·L-1 BTP
(双鄄Tris鄄丙烷) (pH 7郾 0)、1 mmol·L-1乙二胺四乙
酸钠(EDTA鄄Na2)、5 mmol·L-1氯化镁(MgCl2)、0郾 4
mmol·L-1三磷酸腺苷(ATP)、15 mmol·L-1二硫苏
6402 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 21 卷
糖醇(DTT)、1 mmol·L-1苯甲基磺酰氟(PMSF)、2
mmol·L-1苄眯(Benzamdine)、0郾 01 mmol·L-1亮肽
素(Leupeptin)、0郾 1% 茁鄄疏基乙醇.匀浆经 12000伊g
冷冻离心 10 min,上清液用于 Rubisco 和 RCA 活性
测定.
2)Rubisco初始羧化活性测定:将 50 滋l 酶提取
液加入到 450 滋l 预保温 30 益的反应液中,反应液
组成为: 50 mmol · L-1 HEPES鄄KOH 缓冲液 ( pH
8郾 0)、1 mmol·L-1 EDTA鄄Na2、20 mmol·L-1 MgCl2、
2郾 5 mmol·L-1 DTT、0郾 6 mmol·L-1核酮糖鄄1,5鄄二磷
酸(RuBP)和 10 mmol·L-1 NaH14 CO3 (10 滋Ci·
ml). 30 s 后加 2 mol·L-1 HCl 100 滋l 终止反应,
15000伊g 离心 5 min,取上清液 400 滋l 加到测样瓶
中,65 益烘干,再经 400 滋l 水充分溶解后加入闪烁
液 10 ml,用 XH鄄6925 型液体闪烁记数器测定放射
强度.根据放射强度计算 Rubisco初始活性.
3)Rubisco总羧化活性测定:将 50 滋l 酶提取液
加入到 75 滋l预保温 30 益的活化反应液中,活化反
应液组成为:50 mmol·L-1 HEPES鄄KOH缓冲液(pH
8郾 0)、 0郾 67 mmol · L-1 EDTA鄄Na2、 33 mmol · L-1
MgCl2、10 mmol·L-1 NaHCO3 . 10 min 后加入 375 滋l
初始活性反应液. 30 s 后用 2 mol·L-1 HCl 100 滋l
终止反应. 按测定 Rubisco 初始羧化活性的方法测
定放射性强度并计算 Rubisco总活性.
4)RCA 活性测定:将 50 滋l 酶提取液和经 0郾 4
mmol·L-1 RuBP钝化的 Rubisco 50 滋g 加入 420 滋l
下述反应液中:50 mmol·L-1 HEPES鄄KOH 缓冲液
(pH 8郾 0)、1 mmol·L-1 EDTA鄄Na2、20 mmol·L-1
MgCl2、2郾 5 mmol·L-1 DTT、5 mmol·L-1 ATP、10
mmol·L-1 NaH14CO3(10 滋Ci·ml-1)、5 mmol·L-1
磷酸肌酸和 5 U 的磷酸肌酸激酶. 10 min 后加 12
mmol·L-1 RuBP 25 滋l (终浓度 0郾 6 mmol·L-1),30
s后用 2 mol·L-1 HCl 100 滋l 终止反应. 按测定
Rubisco初始羧化活力的方法测定放射强度. RCA
活力用加与未加 RuBP 钝化的 Rubisco 活性的差值
表示,即 RCA活性=加 RuBP 钝化的 Rubisco 活性-
未加 RuBP钝化的 Rubisco活性.
1郾 2郾 4 Rubisco 和 RCA 基因表达摇 将黄瓜叶片于液
氮中研磨成粉末,称取 0郾 1 g,加 1 ml pBIOZL 提取
液(BioFlux 公司产品),涡旋震荡混匀,按试剂说明
书提取 RNA.用实时荧光定量 PCR 法,根据本实验
室克隆的黄瓜 Rubisco大亚基基因( rbcL)、小亚基基
因( rbcS)和 RCA(CsRCA)序列及内参 actin,分别设
计引物 RL1、RL2(来自 rbcL 序列,EF208123),RS1、
RS2(来自 rbcS序列,EF208124),RCA1、RCA2(来自
CsRCA序列,FJ980456),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(r) PrimeScript ( tm) RT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 rbcL、rbcS和 CsRCA的 mRNA表达,检测方法参照
试剂盒说明书. 引物序列: RL1: 5 爷鄄GCTATG鄄
GAATCGAGCCTGTTG鄄3爷, RL2: 5爷鄄CCAAATACAT鄄
TACCCACAATGGAAG鄄3 爷, RS1: 5 爷鄄CGCATTCAT鄄
CAGGGTTATTGG鄄3爷, RS2: 5爷鄄AAGAGTAGAACTT鄄
GGGGCTTGTAGG鄄3 爷, RCA1: 5 爷鄄AAAGTGGGCTG鄄
TAGGCGTTG鄄3 爷, RCA2: 5 爷鄄CTTTTCTATTGT鄄
CATCTTCGGTTGG鄄3爷, aF: 5 爷鄄CCACGAAACTACT鄄
TACAACTCCATC鄄3爷,aR: 5爷鄄GGGCTGTGATTTCCT鄄
TGCTC鄄3爷.
1郾 3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel和 SigmaPlot软件处理数据
和作图,用 DPS 软件对数据进行单因素方差分析,
并运用 Duncan检验法对显著性差异(P<0郾 05)进行
多重比较.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 低温弱光胁迫对黄瓜幼苗叶面积和干物质量
的影响
由表 1 可以看出,CK黄瓜幼苗的单株叶面积日
增量为 4郾 05 cm2,逆境下处理 11 d后,WL处理的单
株叶面积日增量降至 2郾 24 cm2,比 CK减少了 45% ;
ST+WL 和 LT +WL 处理的叶面积日增量分别为
2郾 34 和 1郾 12 cm2,分别比 CK 降低了 43%和 72% .
各处理干物质量的变化与叶面积相似,WL、ST+WL
和 LT+WL 处理的日增量分别比 CK 降低了 41% 、
36%和 70% .
表 1摇 不同处理黄瓜幼苗叶面积与干物质量
Tab. 1 摇 Leaf area and dry matter of cucumber seedlings
under different treatments (mean依SD)
处 理
Treatment
单株叶面积日增量
Increase of leaf
area per day
(cm2)
单株干物质日增量
Increase of dry
matter per day
(g)
CK 4郾 05依0郾 02a 0郾 073依0郾 008a
WL 2郾 24依0郾 04b 0郾 043依0郾 002b
ST+WL 2郾 34依0郾 03b 0郾 047依0郾 004b
LT+WL 1郾 12依0郾 01c 0郾 022依0郾 005c
CK:对照 Control;WL:适温弱光 Optimal temperature and week light;ST
+WL:亚适温弱光 Suboptimal temperature and week light;LT+WL:低温
弱光 Low temperature and week light. 同列不同字母表示处理间差异
显著(P < 0郾 05) Different letters in the same column meant significant
difference among treatments at 0郾 05 level. 下同 The same below.
74028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 姜振升等: 低温弱光对黄瓜幼苗 Rubisco与 Rubisco活化酶的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 不同处理黄瓜幼苗叶片光合速率
Fig. 1摇 Photosynthetic rate (Pn) of cucumber seedlings leaves
under different treatments.
CK:对照 Control;WL:适温弱光 Optimal temperature and week light;ST
+WL:亚适温弱光 Suboptimal temperature and week light;LT+WL:低温
弱光 Low temperature and week light. 下同 The same below.
2郾 2摇 低温弱光胁迫对黄瓜幼苗叶片光合速率的影
响
由图 1 可知,胁迫初期 WL、ST+WL 和 LT+WL
处理的 Pn 均显著降低,3 d 后 WL 的降低幅度逐渐
减小,而 ST+WL 略有回升. LT+WL 一直呈直线下
降,7 d时 Pn 接近 0,之后叶片永久萎蔫.
2郾 3摇 低温弱光胁迫对黄瓜幼苗叶片 Rubisco 活性
及其基因表达的影响
2郾 3郾 1 对 Rubisco 羧化活性的影响 摇 由图 2 可知,
WL、ST+WL 和 LT+WL 处理均使黄瓜幼苗叶片的
Rubisco初始活性显著降低,开始时以 LT+WL的降低
幅度最大,ST+WL 其次,WL 的降低幅度最小;5 d 后
LT+WL处理的 Rubisco 初始活性接近 0,WL 趋于平
稳,而 ST+WL略有回升.处理结束时(11 d),WL 和
ST+WL处理的 Rubisco初始活性差异不显著.
逆境胁迫条件下,各处理的 Rubisco 总活性也
明显降低,但开始时 WL、ST+WL 和 LT+WL 处理间
差异不显著. 1 d 后 LT+WL 处理的 Rubisco 总活性
快速下降,5 d时降至 CK的 16% ,之后再未测出;而
WL和 ST+WL处理的 Rubisco总活性先明显回升,3
d后缓慢下降.胁迫时间超过 7 d后,ST+WL处理的
Rubisco总活性趋于上升,而 WL 处理明显下降,最
终 WL和 ST+WL 处理的 Rubisco 总活性分别比 CK
降低了 68%和 52% .
2郾 3郾 2 对 rbcL和 rbcS mRNA表达的影响摇 逆境胁迫
下,WL、ST+WL 和 LT+WL 处理的 rbcL mRNA 相对
表达量大幅度下降,处理 1 d时即分别比 CK降低了
61% 、63%和 65% ,之后持续降低.处理 5 d 时,LT+
WL处理的 rbcL相对表达量接近 0,之后未检出;WL
和 ST+WL处理也降至最低值,分别只有 CK的 10%
和 13% ,但随着处理时间的延长,两者有缓慢上升
的趋势,处理结束时(11 d),WL 和 ST+WL 处理的
rbcL相对表达量分别比处理前降低了 83%和 79%
(图 3).
图 2摇 不同处理黄瓜幼苗叶片 Rubisco初始活性和总活性
Fig. 2 摇 Rubisco initial activity and total activity of cucumber
seedlings leaves under different treatments.
图 3摇 不同处理黄瓜幼苗叶片 rbcL、rbcS mRNA相对表达量
Fig. 3摇 Relative expression of rbcL and rbcS in cucumber seed鄄
lings leaves under different treatments.
8402 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 21 卷
摇 摇 WL、ST+WL和 LT+WL处理对 rbcS相对表达量
的影响明显小于 rbcL. 处理 1 d 时,WL 处理的 rbcS
表达量与 CK 差异不显著;ST+WL 和 LT+WL 处理
分别比 CK降低了 22%和 28% .之后各处理的 rbcS
相对表达量均随胁迫时间的延长而降低,5 ~ 7 d
后,WL 处理的 rbcS 相对表达量趋于平稳,ST+WL
处理缓慢升高,而 LT+WL处理接近 0(图 3).
2郾 4摇 低温弱光胁迫对黄瓜幼苗叶片 RCA活性及其
基因表达的影响
2郾 4郾 1 对 RCA活性的影响摇 胁迫初期,各处理黄瓜
幼苗的 RCA 活性均逐渐降低(图 4),降低幅度以
LT+WL 处理最大,WL 处理最小. 3 d 后 LT+WL 的
RCA活性继续下降,而 WL 和 ST+WL 缓慢回升.胁
迫 5 d 时,WL 和 ST+WL 处理的 RCA 活性分别比
CK降低了 33%和 58% ,而 LT+WL 的 RCA 已无活
性;胁迫 7 d 后,WL 处理的 RCA 活性迅速下降,而
ST+WL仍呈上升趋势.胁迫结束时,ST+WL 处理的
RCA活性明显高于 WL处理.
2郾 4郾 2 对 CsRCA mRNA表达的影响摇 从图 4 可以看
出,处理期间 CsRCA的表达量降低幅度小于 rbcL,但
大于 rbcS,开始时随处理时间的延长而降低,处理 5
d时,WL、ST+WL 和 LT+WL 处理的 CsRCA 相对表
达量分别比胁迫前降低了 68% 、77%和 93% . 之后
WL处理趋于平稳,而 ST+WL 处理缓慢升高,LT+
WL处理的表达量趋于 0.
图 4摇 不同处理黄瓜幼苗叶片 RCA 活性和 CsRCA mRNA 相
对表达量
Fig. 4 摇 RCA activity and relative expression of CsRCA in cu鄄
cumber seedlings leaves under different treatments.
3摇 讨摇 摇 论
胁迫初期,以低温弱光处理黄瓜幼苗的 Pn 降低
幅度最大,亚适温弱光其次,适温弱光降低幅度最
小,说明短时亚适温和低温对黄瓜叶片光合功能的
影响比短时弱光大.当胁迫时间超过 3 d 时,适温弱
光处理的 Pn 仍呈下降趋势,而亚适温弱光处理趋于
回升,表明较长时间的弱光单因子胁迫比亚适温弱
光同时存在的影响大,即亚适温对弱光有一定的补
偿效应.这是因为较长时间的适温弱光处理使黄瓜
幼苗吸收的光能大幅度减少,而通过呼吸消耗的能
量还较大,因此净光合速率持续下降;弱光下给予较
低的温度时,虽然叶片吸收的光能减少,电子传递速
率降低,但植株对光能的消耗也随之减少,导致 Pn
的下降幅度会逐渐减小.
研究发现,较长时间的弱光和亚适温弱光胁迫
可使黄瓜幼苗叶片的光补偿点降低[1],说明弱光既
是胁迫因子,又是诱导因子,弱光下黄瓜叶片会通过
自身调节,提高光能利用效率,以减小光合功能的降
低程度. 本试验中,胁迫时间延续至 5 ~ 7 d 时,WL
和 ST+WL 处理的 Pn 降低幅度趋于减小或略有回
升. Rubisco和 RCA活性及 rbcL、rbcS、CsRCA 表达量
的变化与 Pn 基本相似,说明适温弱光和亚适温弱光
下黄瓜光合机构的自我调节机制可能与 RCA 对
Rubisco的活化机制有关. 低温弱光下,黄瓜幼苗的
Pn、Rubisco和 RCA活性及 rbcL、rbcS、CsRCA 表达量
持续降低,7 d后未能测出.这说明本试验设定的低
温弱光强度对黄瓜光合作用的影响超出了其光合机
构的适应能力,Rubisco 失活,从而导致光合功能持
续下降,直至叶片萎蔫,幼苗死亡.
Rubisco作为光合碳同化的关键酶,其活性高低
直接影响光合速率[15] . 多数研究表明,影响植物光
合作用的各种生态因子都通过 Rubisco 而起作
用[16-17],而 Rubisco必须经 RCA活化后才具有催化
活力[18] . RCA是一种核编码的叶绿体蛋白,在 ATP
参与下,使 Rubisco迅速与生理浓度的 CO2(10 滋mol
·L-1)、Mg2+结合形成 ECM (Rubisco鄄CO2 鄄Mg2+)三
元复合物,从而达到最大活化程度[19] . RCA 作为
Rubisco的分子伴侣,可促进和稳定 Rubisco 催化活
性,在植物光合作用对温度的响应中发挥重要作
用[20] .翁晓燕等[10]研究指出,Rubisco 的初始活力
受环境条件的影响主要通过 RCA来调节.本试验结
果表明,RCA、Rubisco 活性及其基因表达对适温弱
光、亚适温弱光及低温弱光的响应与 Pn 具有很强的
94028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 姜振升等: 低温弱光对黄瓜幼苗 Rubisco与 Rubisco活化酶的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
一致性.当黄瓜幼苗受到低温弱光胁迫时,植物根系
的吸收功能减弱,造成叶片失水,水势降低,使叶绿
体基质的 pH 发生变化;同时光合磷酸化受阻,ATP
供应不足,进而影响 RCA 的正常功能[21],Rubisco
活化及其基因表达受到抑制.可见,无论是弱光单因
子胁迫,还是亚适温或低温与弱光交叉胁迫,RCA、
Rubisco活性及其基因表达水平下降是引起黄瓜幼
苗光合功能降低的重要原因.
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作者简介摇 姜振升,男,1985 年生,硕士研究生.主要从事蔬
菜栽培与生理生态研究. E鄄mail: jzssdau@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
0502 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 21 卷