全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月14
低温弱光处理及恢复期间黄瓜叶片的光抑制与类囊体膜中脂肪酸组成的
变化
代玉华 刘训言 孟庆伟* 赵世杰
山东农业大学生命科学学院， 泰安 271018
提要 低温导致黄瓜叶片严重的光抑制，同时类囊体膜不饱和脂肪酸含量下降。低温弱光处理后恢复期间，Fv/Fm 和多
聚不饱和脂肪酸含量都迅速恢复，暗示两者之间可能有一定的联系。
关键词 低温弱光；光抑制；饱和脂肪酸；多聚不饱和脂肪酸
Changes of Photoinhibition and Fatty Acid Composition in Thylakoid Mem-
brane of Cucumber Leaves During Low Temperature and Weak Light Stress
and the Course of Recovery
DAI Yu-Hua, LIU Xun-Yan, MENG Qing-Wei*, ZHAO Shi-Jie
College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Taian 271018
Abstract Photoinhibition occurred and the content of unsaturated fatty acids in thylakoid membrane of
cucumber leaves decreased during low temperature and weak light stress for 5 d. During the course of recovery
after stress, both Fv/Fm and the content of polyunsaturated fatty acids increased quickly, which implied that
there was relationship between them.
Key words low temperature and weak light; photoinhibition; saturated fatty acids; polyunsaturated fatty acids
收稿 2003-03-07 修定 2003-10-14
资助 国家重点基础研究发展规划项目(G1998010100)和国家自
然科学基金项目(30370854)。
* 通讯作者（E-mail:qwmeng@sdau.edu.cn, Tel:0538-
8 2 4 9 6 0 6）。
低温是限制冷敏感植物生长的一个重要因素。
它往往改变植物类囊体膜的流动性，并且造成光
合效率下降[1]。Vijayan和 Browse[2]的假说认为膜
脂的特殊结构对维持正常光合功能有主要作用。
在自然界中，当植物吸收的光能超过其所能利用
的程度时，便产生光抑制，并且光抑制与 D1 蛋
白的周转存在密切关系[3]。有报道认为类囊体膜
的脂肪酸组成有可能通过影响D1蛋白的周转影响
光抑制[4]。有人采用转基因的技术降低多聚不饱
和脂肪酸含量后，植物的光抑制程度加重，且光
抑制后的恢复速度减慢[4,5]。低温影响黄瓜叶片类
囊体膜脂肪酸组成变化，并加重光抑制[6]，但低
温处理后，类囊体膜中脂肪酸各个组分的恢复有
何不同？另外，有关光抑制程度及其恢复与类囊
体膜中脂肪酸组分关系的研究主要用转基因技术，
而在低温下，正常的黄瓜叶片光抑制的恢复与类
囊体膜中脂肪酸的恢复又存在何种联系呢？生产上
除了低温强光外，还经常出现低温弱光胁迫，对
喜温蔬菜作物黄瓜危害严重。为此，我们以冷敏
感植物黄瓜叶片为材料，检测了低温弱光处理及
而后恢复过程中光抑制与类囊体膜脂中脂肪酸组成
的变化情况。
材料与方法
黄瓜(Cucumis sativus)品种津研4号种子经精
选后，用塑料盆（盆上口径 13.5 cm，高 10.5
cm）育苗。在白天27℃ 和 120 μ mol.m-2.s-1 光
照 (12 h) 与黑夜25℃ (12 h) 下培养30 d后，处理
苗转移到白天10℃ 和120 μmol.m-2.s-1光照 (12 h)
与黑夜10℃ (12 h)下处理5 d，再放到白天27℃
和120 μmol.m-2.s-1光照 (12 h) 与黑夜25℃ (12 h)
下恢复3 d;对照苗一直在白天27℃ 和120 μmol.
研究报告Original Papers
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m-2.s-1光照与黑夜25℃ (12 h)下培养。分别在第
0 、5 、6 、8 天时测定各项指标。
测定叶绿素荧光参数时，将黄瓜幼苗预先放
在室温暗适应 20 min，用 FMS2 型调制式荧光仪
(英国Hansatech) 测定各项荧光参数。测定光强为
120 μmol.m-2.s-1，饱和脉冲光强为4 000 μmol.
m-2.s-1。光系统Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）按公
式：Fv/Fm ＝(Fm-Fo)/Fm 计算，光系统Ⅱ电子传递
的量子效率（ΦPSII）按公式：ΦPSII ＝(Fm′-Fs)/
F m′计算。各荧光参数均为 3 次实验的平均值。
类囊体膜的制备参照Thomas和Aubrey[7]的方
法。类脂的提取参照Siegenthaler等[8]的方法。类
脂的分离与纯化参照Xu和Siegenthaler[9]的方法。
用气相色谱仪（Shimadzu GC-9A 型）分析类囊
体膜脂脂肪酸，色谱柱为 3 mm × 2 m 玻璃填充
柱，担体为 Chromosorb W AW DWCS 80~100
目，固定液为 1 5 ％聚二乙二醇丁二酸脂
（D E G S ），色谱仪配 C R - 2 A X 数据处理机。所
有结果均为 3 次测定的平均值。
叶绿素含量的测定参照Bruinsma[10]的方法。
用 UV-160 型分光光度计测定 OD 值。
结果与讨论
1 叶绿素荧光参数的变化
从图1可见，低温弱光处理5 d后，光系统Ⅱ
的Fv/Fm明显下降，表明低温弱光严重地抑制PSⅡ
的光化学功能。与此同时，PS Ⅱ电子传递的ФPSII
也急剧下降。恢复 1 d 后，Fv/Fm 和ФPSII 基本恢
复，3 d 后完全恢复。说明低温弱光处理后，受
破坏的 PS Ⅱ反应中心能较快修复。
图2 低温弱光处理的黄瓜叶片叶绿素含量的变化
Fig.2 Changes in the chlorophyll content of cucumber
leaves with low temperature and weak light
阴影部分表示恢复过程
图1 低温弱光处理的黄瓜叶片 Fv/Fm和ФPSII的变化
Fig.1 Changes in the Fv/Fm and ФPSII of cucumber leaves with low temperature and weak light
阴影部分表示恢复过程
2 叶绿素含量变化
低温胁迫会造成许多冷敏感植物的叶绿素降
解，因此，叶绿素含量变化常用作低温伤害的一
个指标[11]。图 2显示，低温弱光处理5 d 后，叶
绿素含量下降；恢复1 d后，叶绿素含量仍然下
降；恢复 3 d 后才稍有上升。说明 10℃下 120
μmol.m-2.s-1光照处理5 d后的叶绿素重新合成是
一个较慢的过程。
3 类囊体膜脂脂肪酸组成的变化
从表1可见，低温弱光处理 5 d 后，单半乳
糖甘油二脂（M G D G ）、双半乳糖甘油二脂
（D G D G）、硫代异鼠李糖基甘油二脂（S Q D G ）
3 种甘油酯的 18∶3（亚麻酸）组分均呈现下降
趋势。M G D G 、S Q D G 中 1 8 ∶2 （亚油酸）与
植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月16
1 6∶0（棕榈酸）相对含量明显增加，而 D G D G
中只有 1 6∶0 有所增加。恢复 1 d后，D G D G、
SQDG 中 18∶3 组分基本上恢复到正常水平；而
M G D G 中 1 8 ∶3 组分的相对含量仍处于下降状
态，恢复 3 d 后虽有所增加，但仍未达到未经低
温处理的水平。在整个试验过程中，未经低温处
理的18∶3 稍有下降。其余各脂肪酸组分变化不
大（数据略）。可见尽管 S Q D G 中 1 8 ∶3 相对
含量下降较大，但它与 DGDG 的 18∶3 组分都能
很快恢复；而 M G D G 则否。
MG D G、D G D G 的主要脂肪酸为 18∶3，该
组分在 SQDG 中所占比例接近 50％。由于 18∶3
和 18∶2 是由 18∶1 脱饱和形成，显示低温引起
18∶3 相对含量的变化主要取决于脂肪酸合成与
去饱和过程中酶的相对活性。低温胁迫及恢复期
间，M G D G 、S Q D G 、D G D G 中 1 8 ∶3 的变化
程度不一致。低温胁迫的同时也削弱脂肪酸合成酶
与去饱和酶的活性[ 1 2 ]，低温弱光处理 5 d后，
M G D G 、D G D G 、S Q D G 中 1 8 ∶3 含量的下降，
说明在此期间，尽管两种脂肪酸酶活性都下降，
但是去饱和酶活力较合成酶受低温抑制更严重。而
恢复过程中只有 MGDG 的 18∶3 难以恢复，说明
其去饱和酶活性相于合成酶来讲，不但受低温严重
抑制，而且在恢复初期也没有合成酶恢复得快。
4 磷脂酰甘油的饱和脂肪酸组分变化
磷脂酰甘油（P G）是类囊体膜脂中决定膜
脂相变的主要因素[13]，其中的脂肪酸组成比类囊
体膜的其它脂类更易受到低温的影响[14]，它所特
有的脂肪酸16∶1(3t)构型和高熔点等物理性质与
16∶0 相似[15]，因此与 16∶0、18∶0 一起均
称为饱和脂肪酸。由图 3 可以看到，在低温弱光
处理期间，P G 中饱和脂肪酸相对含量下降，恢
复期间逐渐上升，3 d后与未经低温处理的黄瓜相
差甚微。
表1 低温弱光处理和恢复期间黄瓜叶片中甘油酯的脂肪酸组成变化
Table 1 Changes in fatty acid composition of glycerolipids of cucumber leaves with
low temperature and weak light and subsequent recovery
% (mol/mol)
处理 时间/d 类脂 16∶0 16∶1(3t) 18∶0 18∶1 18∶2 18∶3
低温弱光 0 M G D G 1.6±0.3 0 0.5±0.1 1.2±0.1 4.9±1.1 91.9±1.6
D G D G 8.6±1.2 0 2.2±0.2 1.2±0.1 2.8±0.7 85.1±1.7
S Q D G 31.4±2.1 0 8.0±0.7 4.4±0.3 9.1±1.1 47.0±1.7
5 M G D G 3.5±0.8 0 1.6±0.2 1.3±0.2 9.3±1.3 84.3±2.3
D G D G 9.8±1.3 0 2.1±0.3 1.0±0.1 2.6±0.5 84.5±1.9
S Q D G 34.4±2.4 0 8.8±1.0 3.3±0.4 12.1±1.4 41.4±1.5
常温下恢复 1 M G D G 6.1±0.6 0 0 0 10.0±1.1 83.9±2.2
D G D G 8.4±0.5 0 2.4±0.6 0.7±0.1 3.5±0.3 85.0±1.6
S Q D G 35.5±0.9 0 7.1±0.5 2.8±0.4 6.9±0.7 47.8±1.2
3 M G D G 2.3±0.2 0 1.6±0.3 2.0±0.7 9.2±1.0 84.9±1.5
D G D G 9.6±1.1 0 1.7±0.3 0.7±0.1 2.0±0.2 86.0±2.3
S Q D G 38.1±2.1 0 6.4±0.9 2.7±0.3 4.1±0.2 48.8±1.8
图3 低温弱光处理的黄瓜叶片PG饱和
脂肪酸含量的变化
Fig.3 Changes in the saturated fatty acids of PG in
cucumber leaves with low temperature and weak light
阴影部分表示恢复过程
植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月 17
16∶1(3t)含量增加与叶绿体发育相关，如果
此种脂肪酸不再增加，即说明叶绿体已经完全成
熟[14]。未经低温处理的黄瓜叶片中16∶1(3t)含量
轻微下降，表明叶片已经完全成熟并开始进入衰
老期。
植物PG中饱和脂肪酸含量与膜的相变温度有
关。而对PG饱和脂肪酸含量与光抑制关系的看法
还存在分歧[16,17]。低温胁迫5 d后，PG中饱和脂
肪酸含量下降，说明黄瓜叶片有可能是通过降低
膜脂相变温度来维持一定的生物膜功能的。但这
并没有阻止光抑制的产生，只是可能在一定程度
上减轻了光抑制，因此有可能是一种对低温的适
应性反应。在恢复过程中，PG 中饱和脂肪酸含
量一直处于上升趋势，即不利于降低膜脂相变温
度。但 Fv/Fm 的很快恢复说明，在此期间 PG 中饱
和脂肪酸含量上升并没有使光抑制抑制到不能恢复
的程度。Moon 等[16]推测，光抑制的恢复所需要
的 PG 中饱和脂肪酸的量局限于一定的范围之内，
其含量超过这一阀值时，就会限制光抑制的恢
复。因此说明，本文中见到的恢复期间 PG 中饱
和脂肪酸含量并没有超过这一阀值，所以对光抑
制恢复的影响不大。
5 类囊体膜脂不饱和脂肪酸含量的变化
据报道，蓝藻（Synechocystis sp. PCC6803）
大量缺失三烯脂肪酸而仍含有双烯脂肪酸的突变体
的D1蛋白低温恢复程度与野生型区别不大[18]，但
所有多聚不饱和脂肪酸缺失的突变体，其受光抑
制破坏的程度却十分明显[4]。图 4 显示，类囊体
膜脂中不饱和脂肪酸（18∶1 + 1 8∶2 + 1 8∶3）
的相对含量虽然一直呈下降趋势，但它的变化不
大，而多聚不饱和脂肪酸（1 8∶2 + 1 8∶3）的
含量在胁迫期间也呈下降趋势，但恢复1 d后就基
本上恢复。多聚不饱和脂肪酸与Fv/Fm的相关性分
析表明，两者相关系数达到84.91％（r=0.8491），
表明光抑制的恢复与多聚不饱和脂肪酸的恢复可能
存在一定联系。
Gombos 等[4]认为，在烟草突变体中多聚不饱
和脂肪酸含量的下降是导致在低温下光抑制加重并
且恢复减慢的重要因素。据此，我们推断低温弱
光下黄瓜叶片的光抑制及其恢复与多聚不饱和脂肪
酸含量的变化有关。Vijayan和Browse[2]认为类囊体
膜脂不饱和度降低有可能减慢了重新合成的D1蛋白
装配到PS Ⅱ反应中心的速率。然而本文结果则显
示，膜脂不饱和脂肪酸含量一直处于下降状态，即
便在恢复期间也是如此。如果膜脂不饱和度的降低
是导致光抑制的主要原因，那么它在恢复期间的下
降应该使光抑制更加严重。但事实并非如此。我
们的结果表明恢复1 d 后，Fv/Fm 就基本恢复。这
说明在低温弱光处理后的恢复期间膜脂不饱和度与
光抑制的关系不如与多聚不饱和脂肪酸密切。
图4 低温弱光处理的黄瓜膜脂不饱和脂肪酸和多聚不饱和脂肪酸含量的变化
Fig.4 Changes in the content of unsaturated fatty acids and polyunsaturated fatty acids
in cucumber leaves with low temperature and weak light
阴影部分表示恢复过程
植物生理学通讯 第 40 卷 第 1期，2004 年 2 月18
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