全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 22(6)：567— 571 2002 年 11月
普通野生稻和武育粳 8号剑叶光合功能衰退的比较
邓志瑞l一，陆 巍l，万建 民l，张荣铣
(1．南京农业大学水稻研究所 ，江苏南京 210095；2．上海大学生命科学学院 ，上海 200436)
摘 要：以武育粳 8号(Wuyujing 8)和普通野生稻(Oryza．sativa L．f．spontanea Roschev．)为材料，比较了
它们剑叶光合功能衰退的进程。结果表明，在剑叶一生中，武育粳 8号剑叶的叶绿素含量和光合速率都高于
普通野生稻 ，光合速率的最高值前者为 23．5 mol C02m ·S ，后者为 15．5~tmol C02 m ·S 。前者剑叶
光合速率的高值持续期 比后者长近 20 d，其叶源量是后者的 2．，8倍。武育粳 8号剑叶叶绿素含量最大值的
SPAD值为 50．1，而普通野生稻最大值的 SPAD值为 42．7。在可溶性蛋白质的基础上，核酮糖 1，5--磷酸羧
化酶比活性二者之间没有太大区别。内肽酶活力上升落后于光合功能的衰退。在光合功能衰退的早期，内肽
酶的活力仅有小幅度提高，但在叶片衰老的末期升高幅度则较大。这说明内肽酶主要在光合功能衰退的后期
即不可逆衰退期才发挥较大作用 。
关键词：光合功能衰退；光合速率高值持续期 ；叶绿素含量；叶源量；核酮糖 I，5--磷酸羧化酶；内肽酶
中图分类号 ：Q945．11 文献标 识码 ：A 文章编号 ：1000-3142(2002)06—0567-05
Com parison on ph0t0synthetic declination of flag
leaves between wild rice and Wnynj ing 8
DENG Zhi—rui ，LU WeP，W AN Jian—min ，ZHANG Rong—xianI
(1．Institute of Rice Research，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China；
2．College of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 2004 36，China)
Abstract：Wuyujing 8(sinica type CV．)and Wild rice(O．sativa L．f．spontanea Roschev．)were used to com—
pare the differences in photosynthetic declination between their flag leaves．The results indicated that during
the whole life span of flag leaf，Wuyujing 8 had higher photosynthetic rate and chlorophyll content，the maxi—
mum photosynthetic rates being 23．5~tmol C02 m‘2·S- for the former and 15．5~tmol COz m‘2·S for the
latter；the APD(active photosynthetic duration)of Wuyujing 8 flag leaves was nearly 20 days longer than that
of wild rice flag leaves；and its LSC(1eaf source capacity)was 2．8 times more than that of wild rice．Maximums
of chlorophyll content(valued flS SPAD)were 50．1 and 42．7 for W uyujing 8 and wild rice flag leaves，respec—
tively．Based on content of soluble protein，there was a little difference in specific activities of RuBP carboxyl—
ase in flag leaves between wild rice and Wuyujing 8．The activity of endopeptidase started to rise later than be—
ginning of photosynthetic declination，and exhibited slightly higher in early phase of photosynthetic declina—
tion，but reached very high level in the latest phase．It implied that endopeptidases play fl role mainly in late
phase or irreversible phase of photosynthetic declination．
Key words：photosynthetic declination；active photosynthetic duration；chlorophyll content：leaf source capaci—
ty；RuBP carboxylase；endopeptidase
收稿 日期 ：2001—04一l6
作者简介：邓志瑞(1964一)，男，河南永城人，博士，讲师 ，主要从事植物生理和植物分子生物学方面的研究工作 。
基金项 目：国家重点基础研究发展规划项 目(973)资助(1998010100)
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568 广 西 植 物 22卷
普 通 野 生 稻 (Oryza．sativa L．f．spontanea
Roschev．)经长期的人工选育和 自然进化演变成现
在 的栽培 稻 (Oryza sativa L．)[¨ 。在 这 个 漫长 的
过程 中，稻株的外部发 生了很 大 的变化 ，人们对这些
变化有了较为详尽的了解C1]。但对其内部生理过
程的变化 ，目前还 了解 得 很少 。李 明启 等人 比较 了
栽培稻和野生稻在光合作用和叶绿素含量方面的差
异(23，Makino等人详细研究 了二者核酮糖 1，5一二
磷酸 羧化酶 的含量 和其 动力 学特 性[3]，以及 水稻 叶
片衰老过程中光合能力 的变化[4]，但尚未见到有关
比较野生稻和栽培稻光合功能衰退进 程方面的报
道。普通野生稻是多年生的沼泽植物，生活习性不
同于栽培稻。武育粳 8号是江苏省武进市农科所选
育的常规粳稻，1999年通过江苏省品种审定并正式
命名。经大面积示范种植，其丰、抗、优综合性状 良
好，产量在 650 kg左右 ，高产 田块超过 750 kg。为
此，我们以普通野生稻和武育粳 8号为材料比较了
二者在光合功能衰退进程方面的差异。
1 材料 与方法
1．1材 料
普通野生稻和武育粳 8号按照常规方法种植在
南京农业大学校 内水泥池内。对武育粳 8号，5月
16日浸种 ，17～18日催芽 ，6月 18日移栽。因为野
生稻种子很难萌发，所以利用再生幼苗分根后栽培。
栽培按每穴一苗 ，行距 ×株距为 25 cm×20 cm。武
育粳 8号剑叶全展 日期为 8月 25日，野生稻剑叶全
展 日期 为 9月 15日。
1．2测定方法
1．2．1净光合速率(Pn)和光合速率高值持续期(Ac—
tive Photosynthetic Duration，APD) 光合速率于
上午 9：00～9：30之 间测 定 ，采用 北 京农 业 大学
BAU光合作用测定系统 ，起始 CO2的浓度为 330
mg／L，温度 35±3。C，光量 子 通量 密 度 1 000±50
E·m · 。光合速率高值持续期是指从叶片全
展到光合速率下降到叶片全展时 5O％的天数[5．63。
1．2．2叶源 量 (Leaf Source Capacity，LSC) 按 公
式 LSC=∑(P +P +·)／2×(D +·一D )计算，其中
P 代表第 n次净光合速率 ，P +·代表第 n+1次净
光合 速 率，D +·一 D 表 示 两 次测 定 相 隔 的天
数[7,83。
1．2．3叶绿 素含 量和 叶绿 素含 量相 对稳 定期 (Rela—
tive Steady Phase of Chlorophyll Content，RSP)
采用 日本产 SPAD-502型叶绿素仪测定活体叶片的
SPAD值。叶绿素含量相对稳定期是指从叶片全展
到叶绿素含量下降到全展时 8O 的天数[5· 。
1．2．4 RuBP羧 化酶活性 参照 Perchorwicz等人
的方法(103，测定叶片粗提液中酶的活性，以粗提液
中可溶性蛋白计算酶的比活性。
1．2．5可溶性蛋 白含 量 按 Read和 Northcoted的
方法(113，标准曲线用小牛血清蛋白制作。
1．2．6内肽 酶 活性 参 照 Reimerdes和 Klosterm—
eyer的 方 法023，每 克 鲜 叶 片 加 2 mL pH8．0，50
mmol／L Tris—HCI缓冲液(内含 1 mmol／L EDTA，
2 mmol／L DTT，0．1 PVP)和少 量石 英砂 在研 钵
中于冰浴上研磨 ，在 4。C，15 000×g离心 20 min，
弃沉淀，上清液定容到 8 mL，此溶液用于内肽酶活
性的测定 。内肽酶测定体系组成如下 ：pH5．0，200
mmol／L醋酸钠缓冲液 0．4 mL，上述酶液 0．4 mL，
1 的酪 蛋 白 0．2 mL。混合 物于 45。C保温 1 h，加
入 1 mL 1O 三氯 乙酸 中止 反应 ，对 照则 在保 温前
加入三氯 乙酸 。4。C静 止 30 min，在 4。C，15 000×
g离心 15 min。取上清液 0．2 mL加入 2．8 mL，1
的茚三酮，水浴煮沸 15 min，冷却后测定 570 nm光
密度值，△As70·mg- protein·}r 表示内肽酶活力
的大小 。
2 实验结果
2．1叶绿素含量的变化
从图 1可以看出，在剑叶一生中，普通野生稻叶
绿素含量低于武育粳 8号，普通野生稻剑叶全展时
SPAD值为 4O．1±0．6，最高值也只有 42．4±1．2；
而武育粳 8号剑叶全展时 SPAD值为 47．0±0．6，
最高值高达 5O．1±0．9。从图 1计算出普通野生稻
剑叶叶绿素含量相对稳定期长度为 25．5 d，而武育
粳 8号剑叶叶绿素含量相对稳定期则长达 45．5 d。
2．2光合速率和叶源量 的差异
从图 2知道 ，野生稻剑叶净光合速率比武育粳
8号低。前者全展时仅有 11．8 mol CO2 ITI一2·S-1，
最大值才达 15．5／~mol CO2 In一2·S- ，而后者全展
时为 2O．4 mol CO2 m- ·S-1；最大值则高达 23．5
／~mol CO2 m · 。光合作用的高值持续期相差
更为明显，普通野生稻为 25 d，武育粳 8号则长达
45 d。从图 2可以计算出武育粳 8号剑叶的叶源量
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6期 邓志瑞等：普通野生稻和武育粳 8号剑叶光合功能衰退的比较 569
为 25．3 tool COz m-2，而 野 生 稻 剑 叶 的 叶源 量 仅
10．5 tool COz m-2，前者是后者的 2．8倍 。从光合
速率 、光合速率高值持续期和叶源量 3个方面都可
以清楚地看出，栽培稻武育粳 8号剑叶的光合功能
强于普通野生稻 。
2．3蛋白质含量和 内肽酶活性 的变化
光合功能衰退过程中可溶性蛋白含量(图 3)总
的趋势是可溶性蛋白含量在剑叶全展后 7～10 d达
到最高值(此时剑叶光合速率也最大)，然后随着光
妻
霎i
N n-t‘全展后的天数
Days aft er fl ag 1 eaf ful 1 expansion
图 1 剑叶发 育过 程中叶绿素含量的变化
Fig． 1 The changes of chlorophyll content during
flag leaf developm ent
+：光合速率高值持续期的终点
‘：the end of active photosynthetic duration
很低，在光合功能衰退的可逆期 内，内肽酶活力只有
极轻微的提高 ，且内肽酶活力升高显著滞后于蛋 白
质含量的下降 ，这说明在可逆阶段，还有另外的蛋白
酶在起作用。到了叶片衰老的后期 即不可逆期 ，内
肽酶的活性急剧升高 ，可溶性蛋白质含量继续下降，
说明内肽酶在该阶段对蛋白质降解和光合功能衰退
起着重要作用。
2．4 RuBP羧化酶的比活性
武育粳 8号和野生稻剑叶中 RuBPCase初始 比
活性的变化基本相 似 (图 5)。剑叶全展 1周后，
RuBPCase初始比活性达到最大值 ，此后初始 比活
性迅速下降，50 d后的比活性已降近零 。RuBPCase
的总比活性在剑叶全展前武育粳 8号略高于野生稻
(图 6)。剑叶全展 1周后 ，二者都达到最大值，且最
大值相近。
3 讨 论
水稻籽 粒物 质 主要来 源 于开 花后 的光合 作
合速率的降低而降低 。高值持续期结束时，武育粳
8号剑叶 中可溶性 蛋 白质的含量下 降到最高值的
31 ，而野生稻中为 5O 。因为叶片内可溶性蛋白
4O ～5O 是 RuBPCase，而高值持续期终点为光
合 速率 下 降 到 叶 片 全 展 时 光合 速率 5O％ 的时
刻(5，6)，可以推测光合速率的下降与蛋 白质含量下
降有关并且主要是 由 RuBPCase含量减少所引起
的。内肽酶活性变化分为两个阶段(图 4)，即缓慢
上升期和快速上升期 ：在叶片全展时内肽酶的活力
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剑叶全展后的天数
Days after flag 1eaf full expansi0il
图 2 剑叶全展后净光合速率的变化
Fig． 2 The changes of net photosynthetic rate
after flag leaf full expansion
+：光合速率高值持续期的终点
‘：the end of active photosynthetic duration
用(¨]，如何使作物在生育期的后期保持较高的光合
速率和较长的光合速率高值持续期(5~9，143，成为进
一 步提高水稻产量 的一个 主要 努力方 向(7，14l5]。
已有 的研 究结 果 表 明，不 同 品种、亚种、品系 的
Rubisco并没有太大的区yJl c3．4，16~203，我们 的结果
与这些结论基本相同。人们在降低光呼吸方面也做
了多种探索，但 由于 Rubisco稳定的动力学性质 ，并
没有取得理想的结果 。水稻剑叶中叶绿素和蛋白质
含量的下降可作为水稻叶片衰老的可靠指标。武育
粳 8号剑叶的光合速率和叶绿素含量高于野生稻，
这同李明启等人类似研究 的结果相一致(2]。特别
值得一提的是，武育粳 8号剑叶的叶绿素含量缓降
期和光合速率高值持续期都相应地比野生稻长20 d
左右 ，叶源量 是野生稻剑 叶叶源量 的 2．8倍 ，再 考虑
到武育粳 8号剑叶叶面积远远大于野生稻剑叶的叶
面积(前者是后者的 1．7倍)，我们可以得出，武育粳
8号剑叶的光合作用总效果要远远好于野生稻剑叶
的光合作用总效果 的结论。从我们 的结果可以看
出，较高的光合速率和较长的光合速率高值持续期
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570 广 西 植 物 22卷
是栽培稻产量较高的主要原因之一。因为在一定范
围内叶绿素含量与光合速率呈正相关；较高的光合
速率和较长的高值持续期使水稻植株可以生产较多
的光合产物 ，为栽培稻的高产奠定 了物质基础。有
口
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且
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如 2
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图 3 剑叶全展后可溶性蛋 白含量 的变化
Fig．3 The changes in content of soluble protein
after flag leaf full expansion
+：光合速率高值持续期的终点
+：the end of active photosynthetic duration
剑叶全展后的天数
Days after flag leaf ful 1 expans ion
图 5 剑叶全展后 RuBP carboxylase初始 比活性的变化
Fig．5 The changes of initial specific activities of
RuBP carboxylase after flag leaf full expansion
作用从可逆衰退向不可逆衰退转折点附近，这与高
玲等人在小麦上所得结果和吴光南等人在水稻上所
得结果相类似(21，22]。这表明内肽酶主要在光合功
能衰退的不可逆阶段发挥较大作用。内肽酶活性快
速上升期出现较早可能是野生稻剑叶光合速率高值
持续期较短的原因之一，这是 内部遗传因素决定的；
另一方面由于野生稻 的剑叶抽出较迟(比武育粳 8
号晚 20 d左右)，此时光 照相对较弱、气温相对较
低，可能是造成野生稻剑叶光合速率高值持续期较
短的外部原因。另外，在叶片衰老后期 ，野生稻剑叶
关内肽酶对 Rubisco的降解所起的作用 目前报道还
不多，野生稻剑叶中内肽酶的活性快速上升期开始
(约全展后 25 d)比武育粳 8号剑叶中内肽酶活性快
速上升期开始(约全展后 40 d)早 ，但都出现在光合
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= 一 35
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= -c 30
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0 7 14 21 28 35 42 49 56 63
剑叶全展后 的天数
Days after fiag ieaf fu1 1 expansion
图 4 剑叶全展后 内肽酶活性的变化
Fig．4 The changes of endopeptidase activity
after flag leaf full expansion
+：光合速率高值持续期的终点
：the end of active photosynthetic duration
0 7 l4 21 28 35 42 49
tJl。全展后的天数
Days after flag leaf ful 1 expansion
图 6 剑叶全展后 RuBP carboxylase总 比活性 的变化
Fig． 6 The changes of total specific activities of
RuBP carboxylase after flag leaf full expansion
中可溶性蛋白含量仍然保持在较高水平，这表明光
合产物向籽粒转移较少。因此，光合速率高值持续
期短和从源到库转移效率低，可能是野生稻结实率
低的主要原因。采用一些生物技术适当地延长光合
功能期，使源库协调一致可能成为进一步提高水稻
产量的重要措施之一。
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