全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第6期，2006年12月1050
两个品种烟草叶片发育过程中几种光合参数变化的比较
江力1,2,* 曹树青1 张荣铣2
1 合肥工业大学生物与食品工程学院，合肥 230009；2 南京农业大学生命科学院，南京 210095
提要 比较烟草 2 个品种‘NC89’和‘JYH’叶片发育过程中几个光合参数变化的结果表明，烟草叶片发育过程中光合
速率变化表现为上升期、高值持续期(APD)和速降期，叶绿素含量变化经历上升期、相对稳定期(RSP)和速降期。光合功
能衰退过程中，核酮糖 -1,5- 二磷酸羧化酶(RuBPCase)活性比电子传递活性下降快。可逆衰退阶段的 2 个品种类囊体膜多
肽组分和‘NC89’的核酮糖 -1,5- 二磷酸羧化酶加氧酶(Rubisco)大亚基基本上无变化 ；不可逆衰退阶段的 2 个品种类囊
体膜多肽组分、Rubisco 大小亚基均快速降解，尤其是光系统 II (PSII)复合体和 Rubisco 小亚基。‘JYH’的叶龄为 10~
40 d 的叶中各光合参数与‘NC89’的差别不大，但‘JYH’的光合功能期短，光合功能衰退过程中光合电子传递与碳同
化失衡较严重，光合功能衰退比‘NC89’早而迅速。
关键词 烟草品种；光合功能衰退；光合参数
Comparison on Changes of Several Photosynthetic Parameters in Leaf Devel-
oping Process between Two Tobacco Cultivars
JIANG Li1,2,*, CAO Shu-Qing1, ZHANG Rong-Xian2
1School of Biotechnology and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2College of Life Sciences,
Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract Changes of photosynthetic parameters in leaves developing process in two tobacco cultivars (Nicotiana
tabacum L. cv. ‘NC89’ & ‘JYH’) were comparatively analyzed. The results suggested that the photosynthetic
rate displayed elevated phase, active photosynthesis duration (APD) and sharp fall phase while the chlorophyll
content displayed elevated phase, relative steady phase (RSF) and Sharp fall phase during leaf developing
process. The decline of ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase (RuBPCase) activities was obviously faster than
that of photosynthetic electron transport activity during the period of decline in leaf photosynthetic function.
SDS-PAGE showed that thylakoid membrane polypeptide components of two tobacco cultivars and large sub-
units (LSU) of ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) of ‘NC89’ remained relative steady
during reversible decline (RD). During irreversible decline (IRD) thylakoid membrane polypeptide components,
LSU and small subunits (SSU) of Rubisco of two tobacco cultivars, especially photosystem II (PSII) complex
and Rubisco SSU were degraded rapidly. There were no significant differences of photosynthetic parameters in
10–40 day leaves between the ‘JYH’ and the ‘NC89’. But the APD was shorter, the unbalance between electron
transport and carbon assimilation during the decline of photosynthetic function was more serious, and the
decline of photosynthetic function was sooner and faster in ‘JYH’ leaves.
Key words tobacco cultivars; photosynthetic function decline; photosynthetic parameter
收稿 2006-07-11 修定 　2006-09-08
资助 国家重点基础研究专项经费项目(G1998010100)。
*E-mail: jiangli@ustc.edu.cn, Tel: 0551-2901506
烟草光合作用及其机构的研究报道很多(刘雪
松等1991; 刘贞琦等1995; Hurry等1996)。我们
以前的工作表明，600 µmol·m-2·s-1 为烟叶光合机
构运转的最适光强，光强大于900 µmol·m-2·s-1 时
烟叶即发生光抑制(江力等2000a); 烟叶成熟过程
中，光合速率下降与光系统中电子传递、Ru B P
羧化酶和碳酸酐酶活性变化密切相关( 江力等
2000b)。本文用2个生育期接近、遗传背景不同
的烟草品种[一种是高产优质品种‘NC89’(亩产
175 kg 左右)，另一种是产量较低的品种‘净叶
黄’(‘JYH’，亩产 101 kg 左右)(中国烟草育种
研究南方中心和云南烟草科学研究所1999)]为材
料，比较和研究它们的叶片发育过程中光合功能
和光合功能衰退过程中的光合电子传递与碳同化平
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衡，旨在说明 2 个品种的光合功能衰退与产量的
关系。
材料与方法
材料为烟草(Nicotiana tabacum L.)品种
‘N C 8 9 ’和‘净叶黄’(‘J Y H ’) ，由云南昆
明卷烟厂烟科所提供。常规育苗，在幼苗生长到
2 片真叶时，移栽入盆钵，置温房中常规管理。
幼叶长到0.5 cm 时开始计算叶龄，2个品种的第
12 片叶分别在 35 d 左右(‘NC89’)和 28 d 左右
(‘JYH’)长成(相当于叶片全展，基本定型)。自
10 d叶龄起，每隔10 d取生长一致的第12片叶，
测定各项指标，每项测定重复 3 次。
光合速率(IAPS)用英国 ADC 公司生产的红外
CO2 气体分析仪 LCA-4 测定。开放气路系统，CO2
浓度为340~370 µL·L-1，光强为600 µmol·m-2·s-1，
温度为 2 5 ~ 3 0℃。取样点均在叶片中部主脉右
侧。
光合速率高值持续期(APD)指叶片全展至光合
速率下降到全展时的 50% 的天数。
光合速率高值持续期指叶片光合功能可逆衰
退期(RD)，光合速率速降期指叶片光合功能的不
可逆衰退期(IRD)。
叶绿素含量测定按Arnon (1949) 方法。叶绿
素含量相对稳定期(RSP)指叶片从全展开始到叶中
叶绿素含量下降至全展的 80% 时所经历的天数。
以甲基紫精(MV)为电子受体，采用氧电极法
测定电子传递活性(H2O → MV)。所用氧电极由中
国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所
制 作 。
类囊体膜的制备根据Dunahay 和 Staehelin
(1984)的方法加以改进。 叶片加入预冷的STN缓
冲液(50 mmol·L-1 Tris-HCl，pH 7.8，0.4 mol·L-1
蔗糖，10 mmol·L-1 NaCl，5 mmol·L-1 MgCl2)中于
冰浴中研磨，4层纱布过滤后以600×g离心1 min，
上清液以3 000×g 离心5 min，沉淀用STN悬浮，
再以3 800×g 离心7 min，所得沉淀用TN缓冲液
(50 mmol·L-1 Tris-HCl，pH 7.8，10 mmol·L-1
NaCl，5 mmol·L-1 MgCl2) 悬浮。此悬浮液即为
类囊体膜制备液，叶绿素浓度控制在1~2 mg·mL-1。
参照Laemmli (1970)的方法，用SDS-尿素-
PAGE 分离类囊体膜多肽组分。分离胶为 15% 丙
烯酰胺，浓缩胶为 5% 丙烯酰胺。类囊体膜制备
液以12 000×g 离心5 min，得到的沉淀加样品缓
冲液(125 mmol·L-1 Tris-HCl，pH 7.6，4%SDS，
20% 甘油，10% b- 巯基乙醇，6 mol·L-1 尿素，
0.1%溴酚蓝)配成5 µg (蛋白)·µL-1悬浮液，于沸
水浴中煮沸5 min后，再以12 000×g离心5 min，
取 10 µL 上清液上样，浓缩胶60 V，分离胶150
V 恒压电泳。
标准蛋白分子量分别为97.4 kDa (磷酸化酶
b)、66.2 kDa (牛血清白蛋白)、42.7 kDa (卵清蛋
白)、31.0 kDa (碳酸酐酶)、14.4 kDa (溶菌酶)。
叶片加提取液(100 mmol·L-1 Hepes，pH 7.7，
20 mmol·L-1 KCl，聚乙烯吡咯烷酮少许)冰浴研
磨，12 000×g离心15 min，上清液即为RuBPCase
粗提液。用Perchorowicz等(1982)的同位素法测
定RuBPCase初始活性。粗酶提取液中可溶性蛋白
质含量参照Bradford (1976)法测定，以牛血清白
蛋白为标准蛋白。
参照Laemmli (1970)的方法，用SDS-PAGE
分离 Rubisco 大小亚基，4% 浓缩胶，12% 分离
胶。160 V 恒压电泳。
衰退百分率=(电子传递活性或RuBPCase初始
活性的最大值 -不同叶龄时的电子传递活性或
RuBPCase初始活性)/电子传递活性或RuBPCase初
始活性的最大值 ×100%。
结果与讨论
1 烟草叶片发育过程中光合速率的变化
图 1 显示，2 个品种烟草叶片发育过程中光
合速率的变化均呈现先上升后下降趋势。
‘JYH’在衰退前期(40~60 d 叶龄)下降即较快，
70 d叶龄时下降73.22%，80 d叶龄时已为负值(实
为呼吸速率); 而品种‘NC89’在 70 d 叶龄时光
合速率下降48.26%，90 d 叶龄时才下降为负值。
‘NC89’的光合速率及光合速率高值持续期均高
于‘J Y H ’，‘N C 8 9 ’和‘J Y H ’的 A P D 分
别是(37.0±1.2) d和(32.0±1.0) d。
2 烟草叶片发育过程中的叶绿素含量变化
从图 2 可看出，2 个品种烟草叶片中叶绿素
含量均是先上升，然后‘JYH’经过 30 d 的缓
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慢下降后，再迅速下降，而‘NC89’在30~50 d
叶龄时的变化很小，50 d 叶龄后缓慢下降，70 d
叶龄后迅速下降。2个品种在30 d 叶龄以前的叶
绿素含量相差不大，30 d 叶龄以后，‘NC8 9’
的叶绿素含量明显高于‘JYH’，60 d、70 d
叶龄的‘N C 8 9 ’叶片中叶绿素含量分别比
‘JYH’的高出 30.00% 和 129.22%，90 d 叶龄
的‘JYH’叶绿素含量几乎为零。2 个品种的叶
绿素含量相对稳定期和光合速率高值持续期极为接
近。‘NC89’的光合功能可逆衰退期为 35~71 d
叶龄，‘JYH’为 28~ 6 0 d 叶龄；‘NC8 9’光
合功能不可逆衰退期为 71 d 叶龄后，‘JYH’为
60 d 叶龄后。
3 烟草叶片发育过程中电子传递活性和类囊体膜
多肽组分的变化
烟草叶片发育过程中电子传递活性的变化较
为缓慢(图3)，叶绿素含量相对稳定期结束时，电
子传递活性下降 28.29% ( ‘NC89 ’)和 19.19%
(‘JYH’)，90 d 叶龄时下降 76.13% (‘NC89’)和
72.69% (‘JYH’)。‘JYH’在 50 d 叶龄以前的电
子传递活性比‘N C 8 9’高，5 0 d 以后略低于
‘N C 8 9’。‘J Y H’的电子传递活性比光合速率
和叶绿素含量显示出一定的优势。可逆衰退阶段
的类囊体膜多肽组分基本不变，只是‘N C 8 9 ’
在70 d叶龄时28~29 kDa PSII复合体有所降解，
与其电子传递活性下降快于‘JYH’的结果相一
致；不可逆衰退阶段，2 个品种多肽组分迅速降
解，特别是小分子多肽(图 4)。
图1 烟草叶片发育过程中光合速率的变化
Fig.1 Changes of IAPS in developing process of
tobacco leaves
图2 烟草叶片发育过程中的叶绿素含量变化
Fig.2 Changes of chlorophyll content in developing
process of tobacco leaves
图3 烟草叶片发育过程中电子传递活性的变化
Fig.3 Changes of electron transport chain activity in
developing process of tobacco leaves
4 烟草叶片发育过程中Rubisco的大小亚基和羧
化活性变化
图 5 、6 显示：
(1) RuBPCase的初始活性快速上升而后快速
下降，R S P 结束时，‘N C 8 9 ’和‘J Y H ’的
RuBPCase 初始活性分别下降 38.67% 和 37.14%；
90 d叶龄时的初始活性分别下降86.67%和95.71%，
RuBPCase的初始活性比光合电子传递活性下降迅
速。‘JYH’的RuBPCase 初始活性低于‘NC89’，
尤其在光合功能衰退阶段，且下降较早(图 5)。
(2)在可逆衰退阶段，‘NC89’的 Rubisco
大亚基基本上无变化，‘J Y H’的大亚基和两品
种的小亚基有所降解(可逆衰退后期)。在不可逆
衰退阶段，2 个品种的 Rubisco 大小亚基快速降
解，尤其是小亚基。‘JYH’Rubisco 的降解快
于‘NC89’，与其 RuBPCase 初始活性下降快于
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‘NC 8 9’的结果一致(图 6 )。
一般来说，Rubisco 活性和含量变化反映了
体内光合碳同化能力的变化。唐如航和李立人
图4 光合功能衰退过程中烟草叶片类囊体膜多肽组分的变化
Fig.4 Changes of thylakoid membrane polypeptide components in tobacco leaves during photosynthetic function decline
泳道 1 ：标准蛋白；泳道 2 ~ 7 ：4 0 、5 0 、6 0 、7 0 、8 0 、9 0 d 叶龄的样品。
图5 烟草叶片发育过程中RuBPCase初始活性的变化
Fig.5 Changes of RuBPCase initial activity in developing
process of tobacco leaves
图6 光合功能衰退过程中烟草叶片Rubisco大小亚基的变化
Fig.6 Changes of large and small subunits of Rubisco in tobacco leaves during photosynthetic function decline
泳道 1 ：标准蛋白；泳道 2 ~ 8 ：3 0 、4 0 、5 0 、6 0 、7 0 、8 0 、9 0 d 叶龄的样品。
(1998)认为，在叶片衰老初期，酶是相对过剩
的，光合速率较少受Rubisco酶蛋白含量的限制，
而与其活化形式的酶量相关，衰老引起体内酶活
化状态的变化。本文结果确认了这一点。在可逆
衰退阶段，2个品种Rubisco大小亚基含量变化没
有RuBPCase 初始活性下降明显(图 5、6)，说明
活化形式的酶量是减少的。
5 烟草叶片光合功能衰退过程中光合电子传递与
碳同化的衰退比
图 7 显示，由于 RuBPCase 初始活性下降较
电子传递活性下降迅速，所以电子传递活性和
RuBPCase初始活性的衰退百分率之比(衰退比)小
于 1.0。‘NC89’电子传递与碳同化的衰退比大
于‘JYH’而更接近 1.0，尤其是在 RSP 结束时
两品种衰退比差别较大(60 d 叶龄时的‘NC89’
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为0.86，‘JYH’为 0.52，70 d 叶龄时的‘NC89’
为 0.73，‘JYH’为 0.63)。叶片衰老后期(80 d、
90 d叶龄)衰退比有所增大，可能是叶片处于不可
逆衰退阶段所致，光合电子传递与碳同化酶活性
下降均迅速，二者衰退百分率相对较为接近。
此外，还有两点需要指出的是：(1) Rubisco
大小亚基的降解快于类囊体膜蛋白的降解的情况在
可逆衰退后期表现得较明显(图 4、6)，故烟草叶
片光合电子传递与碳同化的衰退比在转折点(RSP
结束)时远离 1 . 0，“光碳”平衡状态最差。可
逆衰退后期‘JYH’类囊体膜多肽组分的降解慢
于‘N C 8 9 ’，R u b i s c o 大小亚基的降解快于
‘N C 8 9 ’，致使其电子传递活性下降慢于
‘N C 8 9’，R u B P C a s e 活性下降快于‘N C 8 9’
(图 3、5 ) ，“光碳”失衡程度较‘N C 8 9 ’严
重。“光碳”失衡程度越严重，消耗的 A T P 和
N A D P H + 越少，叶绿体中电子受体 N A D P + 越匮
乏，多余的电子被传递给氧，形成的超氧阴离子
及其他活性氧就越多，叶片衰老光合功能衰退就
越迅速(张荣铣等2001; 江力和张荣铣2006)。光
合功能进入不可逆衰退阶段后，类囊体膜多肽组
分、Rubisco 大小亚基均快速降解，尤其是PSII
复合体和 Rubisco 小亚基，说明随着叶片衰老，
光合膜和碳同化关键酶均出现结构和功能的破坏，
导致光合电子传递、RuBPCase活性和光合速率下
降，最终导致光能转化效率和碳同化效率的不可
逆衰退。(2) 2个品种第12叶叶片发育过程中的光
合作用变化的比较结果说明，叶片在10~40 d 叶
龄期间，2 个品种差异不大，甚至个别光合参数
‘J Y H ’高于‘N C 8 9 ’，‘J Y H ’叶片全展及
成熟早于‘N C 8 9 ’；差别大的是在之后的衰退
过程中，‘J Y H ’各光合参数下降较快，而
‘NC89’在叶片全展后的相当一段时间(30~70 d
叶龄)仍维持较高水平，即‘NC89’的光合功能
期较长。由于2个品种的大田生育期及第12叶的
寿命接近，所以认为‘JYH’属于叶片光合功能
早衰型品种。而‘NC8 9’的光合功能期长、光
合功能衰退较慢，其在烟叶生产中可能有一定的
应用价值。
参考文献
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图7 烟草叶片光合功能衰退过程中电子传递与
碳同化的衰退比
Fig.7 Ratio of decrease of electront transport activity to
decrease of carbon assimilation in tobacco leaves during
photosynthetic function decline